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“INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFALTICASEN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI - SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012”
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CAPITULO I
GENERALIDADES
________________________________________________________________________________ BACH. LUIS ALBERTO MAMANI MAMANI - 1 - BACH. DIEL RAMOS MAMANI
“INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFALTICASEN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI - SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012”
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CAPITULO I: GENERALIDADES
1.1 FUNDAMENTOS DEL PROBLEMA
La región de Puno se encuentra en una etapa de asfaltado de sus principales
carreteras que unen distritos y provincias de nuestro departamento, con las demás
regiones del Perú.
Los métodos y técnicas conocidas en la actualidad para el análisis y diseño de
mezclas asfálticas usados para la construcción de las vías de Puno, no han
ofrecidos los resultados esperados, ocasionando pérdidas aceleradas de la
serviciabilidad de las carreteras.
Las inversiones realizadas en la construcción de estas carreteras nos obligan a
optimizar el diseño de las mezclas asfálticas para una mejor estabilidad,
durabilidad y resistencia a la fatiga en la carpeta de rodadura.
1.2 ANTECEDENTES
En el Perú la tecnología realizada en pavimentos se ha desarrollado a tal grado de
constituir un campo de una nueva especialidad. Puno no es ajeno a esa realidad y
como consecuencia tenemos la construcción de diferentes carreteras en todo el
departamento.
El departamento de Puno se encuentra en una etapa de construcción de sus
principales carreteras, como por ejemplo la carretera: Azángaro - Muñani -
Saytococha - Sandia - San Juan del oro.
En la carretera Azángaro – Muñani se observo fallas como grietas por
fatigamiento, grietas en bloque, grietas en borde, grietas longitudinales y pérdida
de áridos. Todas estas causadas por las diferentes tensiones, producto de
fenómenos naturales (clima) y principalmente por el mal diseño que se realizo.
Como resultado tenemos una carretera defectuosa y de poco tiempo de vida útil.
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A la fecha se muestra que los problemas de deterioro de la carpeta asfáltica se
presento debido al no cumplimiento de las especificaciones técnicas de la
producción de mezclas asfálticas.
1.3 DELIMITACION DEL PROBLEMA
La presenta investigación está orientada a evaluar y obtener el mejor tipo de
material de filler, en la elaboración de mezclas asfálticas en caliente para
responder, a las solicitaciones de tráfico y clima que está sometido la carpeta
asfáltica.
Se trabajara con el cemento asfaltico PEN 120 -150 elaborado por Petro Perú, los
agregados serán de la región de Puno como la cantera de Viluyo para la piedra
chancada que se encuentra en la carretera Muñani – Saytococha, la cantera del
rio Azángaro para la arena natural y los filler’s utilizados para la investigación
serán (cal hidratada, cemento portland y filler sillico)
Como complemento de la investigación se realizara la evaluación del tramo-I:
Azángaro – Muñani, para obtener las causas de su mal estado el cual se detalla
ene Capítulo IV de la presente Investigación.
PROBLEMA PRINCIPAL
¿Cuáles son las incidencias de las variaciones del tipo de filler, para una propuesta de
diseño de mezclas asfálticas en caliente?
- Especifidad : → Incidencias
- Situación problemática : → Diseño de mezclas
- Unidad de estudio : → Variantes de tipo de filler
- Ubicación espacial : → Muñani - Saytococha
- Ubicación temporal : → 2012
PROBLEMA ESPECÍFICOS
¿Cuáles son las incidencias de la cal hidratada, cemento portland, filler sílico y sin filler?
- Especifidad : → Adecuado
- Situación problemática : → Diseño de mezclas
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- Unidad de estudio : → Asfalto en caliente
- Ubicación espacial : → Muñani - Saytococha
- Ubicación temporal : → 2012
¿Cuál es la evaluación del estado de carretera Azangaro - Muñani?
- Especifidad : → Evaluación
- Situación problemática : → Estado
- Unidad de estudio : → Carretera
- Ubicación espacial : → Muñani - Saytococha
- Ubicación temporal : → 2012
1.4 JUSTIFICACION DEL PROBLEMA DE LA INVESTIGACION
1.4.1 JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION
La Justificación de la presente investigación tiene como fundamento que mediante
la elección del mejor tipo de filler y con un diseño adecuado de mezclas asfálticas
en caliente; se podrá plantear un diseño para la carpeta asfáltica que brindara una
durabilidad, permeabilidad, superficie resistente a las cargas de tráfico y a la
climatología de la zona; de esta forma la carretera será un eje de desarrollo para
el departamento.
1.4.2 JUSTIFICACION TEORICA (1)
Cuando se incorpora fíller a la mezcla asfáltica, se obtiene que el espesor de
película adherida a los áridos por fuerzas de cohesión será mayor que la que
correspondería a sus características superficiales ya que se suman los efectos
producidos por las partículas de filler bañadas por el ligante, formando una
película más consistente y aumentando más aún las fuerzas de cohesión entre los
áridos. Por lo tanto, el filler bañado con el ligante forma un mortero de
características diferentes a las del ligante sólo y modificando las características
reológicas de la mezcla.
1 () EFECTO DE LA CONCENTRACION VOLUMETRICA FILLER / BETUN EN LA COHESION Y ADHESIVIDAD DEL MASTICO – MARTIN SANCHEZ – UNIVERSIDAD POLITECNICA DE CATALUNYA
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Teniendo los componentes de una mezcla asfáltica como son: Cemento asfaltico,
agregados pétreos y filler, este último juega un papel muy importante en la
optimización de la mezcla asfáltica debido a las propiedades que brinda según el
filler utilizado.
El filler al ocupar parcialmente los espacios libres dejados por la estructura
granular compactada y conformada por las partículas mayores, reduce el volumen
de vacíos de la mezcla evitando un aumento pronunciado de la cantidad de
cemento asfáltico y consiguiendo cumplir con su función rellenadora.
El empleo del polvo mineral, incrementa la magnitud de la resistencia a la
deformación de la mezcla, sin modificar la naturaleza viscosa del cemento,
originando como consecuencia un aumento de la resistencia al corte de las
mezclas asfálticas.
El filler Incrementa la durabilidad de las mezclas asfálticas frente a la acción del
agua debido a que se reduce parcialmente la porosidad de la estructura granular
evitando el acceso del agua al interior, y por otro lado debido a que algunos
polvos minerales presentan una mayor afinidad con el ligante asfáltico, mejoran la
resistencia a la acción de desplazamiento que ejerce el agua sobre el cemento
asfáltico.
1.4.3 JUSTIFICACION METODOLOGICA
Conocer los aspectos de diseño y criterios con la incorporación del mejor filler,
para lograr la optimización de la mezcla asfáltica y por ende una buena aplicación
en obra.
1.4.4 JUSTIFICACION PRACTICA
El estudio mostrara resultados de los ensayos que se efectuaron a los materiales
intervinientes en una mezcla asfáltica, mostrando los verdaderos comportamientos
de los materiales el cual ayudara a mejorar el procedimiento existente para el
diseño de mezclas asfálticas y realizar un adecuado diseño para la carretera
Muñani – Saytococha.
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1.5 OBJETIVOS
1.5.1 OBJETIVO GENERAL
Evaluar y comparar las incidencias de los tipos de filler (cal hidratada, cemento
portland, filler sílico y sin filler) en mezclas asfálticas mediante factores como:
estabilidad, fluencia, tracción Indirecta y adherencia.
1.6.2 OBJETIVO ESPECIFICOS
Evaluar las Incidencias de la cal hidratada en el diseño de la mezcla
asfáltica mediante la estabilidad Marshall, fluencia Marshall, tracción
indirecta y adherencia.
Evaluar las Incidencias del cemento portland en el diseño de la mezcla
asfáltica mediante la estabilidad Marshall, fluencia Marshall, tracción
indirecta y adherencia.
Evaluar las Incidencias del filler silico en el diseño de la mezcla asfáltica
mediante la estabilidad Marshall, fluencia Marshall, Traccion indirecta y
adherencia.
1.6 LIMITACIONES DE LA INVESTIGACION
Las limitaciones que se presentaron en nuestro trabajo de investigación fue la
poca documentación teórica y/o experimental y como también de no contar con
algunos equipos para el diseño de mezclas asfálticas.
Superando estas limitaciones con la búsqueda de textos de internet, subidos por
autores de otras nacionalidades y adecuándonos con equipos de laboratorio de
otras facultades y de otras entidades públicas que disponen de los equipos.
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
Y CONCEPTUAL
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CAPITULO II: MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL
2.1 INTRODUCCION
Este capítulo es muy importante para el desarrollo de la investigación, para tener
un mejor entendimiento de nuestro estudio y prevenir errores que podría
cometerse.
Así como también orientar sobre cómo se llevara a cabo el estudio ampliando
firmemente el horizonte de nuestro estudio y guía de nuestra investigación para
centrarnos fundamentalmente en el problema planteado.
Nuestra investigación toma en cuenta los conocimientos previos de teorías ya
existentes, el cual se hizo mediante una revisión y contrastación bibliográfica para
la mejor utilización del filler, en un diseño de mezcla asfáltica en caliente.
2.2 MARCO TEORICO
2.2.1 COMPONENTES DE UNA MEZCLA ASFALTICA
2.2.1.1 ASFALTO
El asfalto es un producto milenario y que gracias a la tecnología y al desarrollo de
la humanidad ha variado su forma, su manejo e inclusive, sus características;
haciéndolo más maleable para el hombre
Es un material viscoso pegajoso y de color negro. Está presente en el petróleo
crudo y está compuesto casi por completo de bitumen.
El asfalto es un constituyente del petróleo. La mayoría de los petróleos crudos
contienen algo de asfalto y a veces pueden ser casi enteramente asfaltos.
En base a la proporción de asfalto los petróleos se clasifican en:
a) Petróleos crudos en base asfálticas
b) Petróleos crudos en base parafina (son cristales obtenidos de aceites
pesados pero no asfalto) (2)
c) Petróleos crudos en base mixta (contiene parafina y asfalto)
2() WWW.WIKIPEDIA.ORG / PARAFINA
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El petróleo crudo es extraído de los pozos y es separado en sus constituyentes o
fracciones en una refinería. Principalmente esta separación es llevada a cabo por
destilación. Después de la separación, los constituyentes son refinados más
cuidadosamente o procesados en productos que cumplan requerimientos
específicos. De esta manera es como el asfalto, parafina, aceites lubricantes y
otros productos útiles de alta calidad se obtienen en una refinería de petróleo,
dependiendo de la naturaleza del crudo que está procesado.
Debido a que el asfalto es la base o el constituyente pesado del petróleo crudo, no
se evapora o hierve cuando es destilado. En consecuencia, el asfalto es obtenido
como residuo o producto residual y es valioso para usos como: ligante entre los
agregados en el asfaltado de vías y principalmente como impermeabilizante a la
humedad.
Grafico N°02 – 01. .
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Grafico N°02 – 02.
TIPOS DE ASFALTOS
Los asfaltos empleados en la pavimentación de carreteras son los siguientes:
A) CEMENTO ASFALTICO (CA) (3)
Son asfaltos refinados o una combinación de asfalto refinados y aceites
fluidicantes de consistencia apropiada para trabajos de pavimentación,
tenemos los siguientes tipos
TIPO UTILIZACIONUTILIZACION SEGÚN
T°CA 40 - 50 Mastico para sellado de juntas Zonas muy cálidasCA 60 - 70 Concreto asfaltico Zonas cálidasCA 85 - 100 Concreto asfaltico Zonas templadas
CA 120 - 150 Concreto asfaltico Zonas frígidas
Las dos cifras indican los límites máximos - mínimos de dureza y/o
consistencia del betún asfaltico o la penetración.
Es llamado material termoplástico porque se ablanda con el calor y se endurece si
es enfriado. Esta combinación única de características y propiedades es una
3 () CARRERTERAS, CALLES Y AEROPISTAS – RAUL VALLE RODAS – UNIVERSIDAD DE TEXAS – 6TA EDICION – 2008 – PAG.193
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razón fundamental de por qué el asfalto es un material importante en el
mantenimiento y rehabilitación de pavimentos.
El cemento asfaltico debe alcanzar altas temperaturas al igual que los agregados
para hacer la mezcla asfáltica y de esta forma obtener una consistencia y calidad
necesaria para su uso en pavimentos asfalticos.
Como el asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo,
capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas
permanentes, presenta las propiedades ideales para la construcción de
pavimentos cumpliendo las siguientes funciones:
Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la
humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de la
precipitación.
Proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, capaz de resistir la
acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los vehículos.
Igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo
disminuir su espesor.
ENSAYO DE PENETRACION
1.-NORMAS DE CONSULTA
AASHTO T 52-97
ASTM D402-55
2.- OBJETIVO DEL ENSAYO
Determinar grado de dureza del cemento asfáltico
Determinar la penetración de los cementos asfálticos bajo las siguientes
condiciones determinadas.
Determinar la penetración a 25°C con una carga de 100 gramos en un
tiempo de 5 segundos medidas en décimas de pulgada
Clasificar el tipo de cemento asfaltico en función al índice de penetración.
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3. FUNDAMENTO TEORICO
El ensayo de penetración determina la dureza o consistencia relativa de un betún
asfáltico, midiendo la distancia que una aguja normalizada penetra verticalmente
en una muestra del asfalto en condiciones especificadas de temperatura, carga y
tiempo. Cuando no se mencionan específicamente otras condiciones
especificadas, se entiende que la medida de penetración se hace a 25 °C, que la
aguja está cargada con 100 g y que la carga se aplica durante 5 seg. La
penetración determinada en estas condiciones se llama penetración normal. La
unidad penetración es la décima de milímetro.
Es evidente que cuando mas blando sea el betún asfáltico se clasifican en grados
según su dureza o consistencia por medio de la penetración. El Instituto del
Asfalto ha adoptado cuatro grados de betún asfáltico para pavimentación
comprendidas dentro de los márgenes siguientes: 60–70; 85–100; 120–150 y
200–250. Además, el Instituto tiene especificaciones para un betún asfáltico de
penetración comprendida en el margen 40 – 50, que se usa en aplicaciones
especiales e industriales, los aparatos y procedimientos para realizar el ensayo de
penetración se describen en el Método AASTHO T49 y en el ASTM D5.
B) ASFALTOS LÍQUIDOS
RÁPIDO CURADO (RC)
Cuyo fluidificante es bencina, se designan con las letras RC (rapid curing)
seguidas con un número que indica el grado de viscosidad cinemática
que tienen, medida en centistokes. De acuerdo a esto, se tienen los
siguientes asfaltos.
GRADO RESIDUO ASFALTICO EN VOLUMEN
RC - 70 55%RC - 250 65%
RC - 3000 75%RC - 801 80%
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MEDIO CURADO (MC)
Cuyo fluidificante es kerosene, se designan con las letras MC (medium
curing) seguidas con el número correspondiente a la viscosidad
cinemática que tienen. Los asfaltos MC son los siguientes:
GRADO RESIDUO ASFALTICO EN VOLUMEN
RC - 70 55%RC - 250 65%
RC - 3000 75%RC - 801 80%
CURADO LENTO (SC)
Tienen como fluidificante era aceite, relativamente poco volátil, se
designaban con las letras SC (slow curing) seguidas con el número
correspondiente a la viscosidad cinemática que tienen. Los SC mas
usados fueron SC-70 y SC.250.
Al grupo SC-250 pertenece el combustible llamado “Bunker C”, que fue
muy usado en las carpetas de los caminos de la zona norte del país.
Desde el año 1975 prácticamente ya no se usa en Chile y las normas
AASHTO lo han discontinuado.
C) ASFALTOS EMULSIONADOS:
De asentamiento rápido: RS-1 y RS-2
De asentamiento medio: MS-1
De asentamiento lento: SS-1
PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DEL CEMENTO ASFALTICO (4)
A. CONSISTENCIA
Para caracterizar a los asfaltos es necesario conocer su consistencia a
distintas temperaturas, porque son materiales termoplásticos que se licúan
gradualmente al calentarlos. Consistencia es el término usado para
4() CEMENTO ASFATICO FOR ASFALTO – JAVIER DEL ANGEL TRINIDAD – 2012 - PAG. 13
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describir el grado de fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier
temperatura dada. Para poder comparar la consistencia de un cemento
asfaltico con la de otro, es necesario fijar una temperatura de referencia.
La clasificación de los cementos asfálticos se realiza en base al valor de la
consistencia a una temperatura de referencia.
Si se expone al aire cemento asfáltico en películas delgadas y se lo somete a
un calentamiento prolongado, como por ejemplo durante el mezclado con el
agregado, el asfalto tiende a endurecerse, a aumentar su consistencia. Se
permite un aumento limitado de ésta. Por lo tanto, un control no adecuado de
la temperatura y del mezclado puede provocar mayor daño al cemento
asfáltico, por endurecimiento, que muchos años de servicio en el camino
terminado.
Comúnmente, para especificar y medir la consistencia de un asfalto para
pavimento, se usan ensayos de viscosidad o ensayos de penetración. (Para
asfaltos soplados el ensayo de punto de ablandamiento).
B. PUREZA
El cemento asfáltico se compone, casi enteramente, de betunes, los cuales,
por definición, son solubles en bisulfuro de carbono. Los asfaltos refinados
son, generalmente, más de 99,5 por ciento solubles en bisulfuro de carbono y
por lo tanto casi betunes puros. Las impurezas, si las hay, son inertes.
Normalmente, el cemento asfáltico, cuando deja la refinería, está libre de agua
o humedad, pero puede haber humedad en los tanques de transporte. Si hay
agua inadvertida, puede causar espumas al asfalto cuando se calienta por
encima de los100ºC (212°F).
C. SEGURIDAD
La espuma puede constituir un riesgo para la seguridad, por lo tanto las
normas requieren que el asfalto no forme espuma hasta temperaturas de
175ºC (347ºF).
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El cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas suficientemente elevadas,
despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama.
La temperatura a laque esto ocurre es más elevada que la temperatura
normalmente usada en las operaciones de pavimentación. Sin embargo, para
tener la certeza de que existe un adecuado margen de seguridad, se debe
conocer el punto de inflamación del asfalto.
2.2.1.3 AGREGADO PETREOS (5)
Son materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las
carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías
adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales resistentes,
mediante su mezcla con materiales ligantes asfálticos.
A. TIPOS DE AGREGADOS PÉTREOS
El tipo de agregado pétreo se puede determinar, de acuerdo a la procedencia y a
la técnica empleada para su aprovechamiento, se pueden clasificar en los
siguientes tipos:
A.1 AGREGADOS NATURALES
Son aquellos que se utilizan solamente después de una modificación de su
distribución de tamaño para adaptarse a las exigencias según su disposición final.
A.2 AGREGADOS DE TRITURACIÓN
Son aquellos que se obtienen de la trituración de diferentes rocas de cantera ó de
las granulometrías de rechazo de los agregados naturales. Se incluyen todos los
materiales de cantera cuyas propiedades físicas sean adecuadas.
B. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS PÉTREOS
Las propiedades de los agregados se pueden conceptuar bajo dos puntos de
vista: uno como elementos aislados, o individuales, y otro como conjunto.
5() MEZCLAS ASFALTICAS – ALEJANDRO PADILLA RODRIGUEZ – 2012 – CAP. 2 – PAG. 05
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B.1 PROPIEDADES INDIVIDUALES
Los agregados como elementos aislados tienen propiedades físicas
macroscópicas: dimensión, forma, redondez, densidad, propiedades de superficie,
porosidad, permeabilidad, dureza superficial, módulo elástico, conductividad
térmica, dilatación, etc. Asimismo presentan unas propiedades químicas
macroscópicas: solubilidad, alterabilidad, hinchamiento, etc.
B.2 PROPIEDADES DE CONJUNTO
Las propiedades de conjunto de los agregados pétreos son sus características
como un todo. La distribución de la redondez o desgaste de los agregados es una
propiedad de gran interés, por cuanto va influir sobre el rozamiento entre los
elementos del agregado.
C. CONSIDERACIONES ACERCA DEL EMPLEO DE LOS AGREGADOS
Cuando se pretende hacer uso de los agregados pétreos para la construcción de
pavimentos se deben considerar algunos aspectos fundamentales para su buen
desempeño a la hora de formar parte en alguna de las capas del firme y
principalmente en la elaboración de las mezclas asfálticas.
C.1 NATURALEZA E IDENTIFICACIÓN
Evaluación de la naturaleza petrográfica de los agregados, grado de alteración de
los componentes minerales, porosidad y propiedades químicas.
C.2 PROPIEDADES GEOMÉTRICAS:
Principal y básicamente la forma y angulosidad de las partículas; con relación al
conjunto del esqueleto mineral se estudia la distribución granulométrica.
La forma de las partículas del agregado grueso afecta fundamentalmente, al
esqueleto mineral. Según su forma, las partículas pueden clasificarse en
redondeadas, irregulares, angulares, lajosas, alargadas y alargadas - lajosas.
Los agregados con formas lajosas y alargadas-lajosas (agujas), pueden
romperse con facilidad durante la compactación o después bajo la acción del
tráfico, modificando con ello la granulometría del agregado inicial. Se deben
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imponer limitaciones en el contenido de partículas de mala forma. Aparte de la
forma de las partículas del agregado grueso, se debe tener en cuenta su
angulosidad, que influye junto a la textura superficial de las partículas, en la
resistencia del esqueleto mineral, por su contribución al rozamiento interno.
Los agregados pétreos generalmente más deseados para la elaboración de
mezclas asfálticas en caliente son aquellos con una alta proporción de partículas
aproximadamente equidimensionales.
Grafico N° 02 – 02
C.3 PROPIEDADES MECÁNICAS:
La resistencia mecánica del esqueleto mineral es un factor predominante en la
evolución del comportamiento de una capa de firme después de su puesta en
servicio.
La evaluación de dicha resistencia se realiza mediante diversos ensayos de
laboratorio; sin embargo, ninguno de ellos caracteriza el estado tensional del
agregado en el conjunto del firme. Se realizan una serie de ensayos que tienden a
reproducir en laboratorio de manera más sencilla el comportamiento que luego
tendrán los agregados en servicio, para ello se preparan las muestras con
granulometrías próximas a las que van a ser puestas en obra, sometiéndolas a un
desgaste que, de forma indirecta, proporciona información de la resistencia
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mecánica del material. La prueba de Los Ángeles es un ejemplo de este tipo de
ensayos.
C.4 AUSENCIA DE IMPUREZAS:
Es fundamental que los agregados a emplear en la construcción de pavimentos
estén libres de impurezas capaces de afectar el buen comportamiento de las
capas. El empleo de agregados sucios en la construcción de un pavimento, puede
ser una causa suficiente para provocar su degradación.
C.5 INALTERABILIDAD:
Es imprescindible la evaluación de las posibles degradaciones que puedan sufrir
los agregados pétreos que se van a utilizar en una obra; así, los materiales
evolutivos han de ser empleados con especiales precauciones para evitar
comportamientos anómalos que puedan afectar la vida útil de las capas.
C.6 ADHESIVIDAD:
Los agregados pétreos han de ser afines con los ligantes asfálticos que vayan a
ser empleados en la construcción del pavimento, y en caso de problemas de
afinidad, será necesario el uso de activantes, para garantizar el buen
comportamiento de las mezclas asfálticas.
D. CLASIFICACION DE AGREGADOS
D.1 AGREGAGO GRUESO
Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como agregado
grueso, a la parte del agregado pétreo total que queda retenido en el tamiz # 4.
GRANULOMETRIA
La granulometría es la característica física principal y fundamental de todo
conjunto de partículas porque influye de forma muy importante en la
resistencia mecánica del conjunto (esqueleto mineral). Normalmente se
utilizan granulometrías sensiblemente continuas, a fin de conseguir la máxima
compacidad del conjunto, aunque también se emplean granulometrías
discontinuas en el caso de algunas mezclas asfálticas.
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Para encajar una granulometría dentro de algún Huso normalizado se parte de
fracciones uniformes que se mezclan en las proporciones adecuadas. Los
análisis granulométricos se realizan por tamizado; el procedimiento es análogo
al que se emplea para suelos.
Imagen N° 02 – 01
ANGULARIDAD DEL AGREGADO
La angulosidad del agregado grueso beneficia al esqueleto mineral debido al
rozamiento interno que se genera entre las partículas, esto contribuye a que
las partículas gruesas permanezcan en su lugar cuando el pavimento entre en
funcionamiento y no se produzcan desplazamientos.
Imagen N° 02 – 02
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FORMA DEL AGREGADO
Las exigencias de forma para el agregado grueso varían ligeramente, con un
mismo tráfico, para las mezclas asfálticas. Lo ideal es que las partículas
presenten formas cuboides, evitando o restringiendo las formas planas,
alargadas y en forma de lajas, ya que como lo hemos dicho antes, este tipo de
forma es muy susceptible a quebrarse bajo condiciones de carga de tráfico, lo
que modifica las granulometrías y las propiedades iníciales de las mezclas.
Imagen N° 02 – 03
RESISTENCIA A LA FRAGMENTACION
Los agregados pétreos deben de cumplir con un cierto mínimo de resistencia a
la fragmentación o al desgaste, lo que da una orientación del comportamiento
que tendrá dicho agregado dentro de la mezcla asfáltica al entrar en servicio el
pavimento.
ADHESIVIDAD DEL AGREGADO
El agregado grueso tiene un comportamiento específico respecto a la
adhesividad y a la resistencia al desplazamiento. Se prioriza la comprobación
de la adhesividad agregado – ligante mediante una evaluación global.
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Imagen N° 02 - 04
D.2 AGREGADO FINO
Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como agregado
fino, a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz #4 y queda retenido en
el tamiz #200.
PROCEDENCIA DEL AGREGADO
El agregado fino deberá proceder de la trituración de piedra de cantera o grava
natural en su totalidad, o en parte de yacimientos naturales. Existen limitaciones
en la proporción de agregado fino no triturado a emplear en las mezclas.
Regularmente se emplea arena natural en la elaboración de mezclas asfálticas
que van a ser empleadas en pavimentos con una baja intensidad de tráfico y a
bajos niveles de cargas.
AGREGADO LIMPIO
El agregado fino deberá estar libre de terrones de arcilla, materia vegetal y otras
materias extrañas, para evitar que se presenten comportamientos extraños del
material dentro de la mezcla, tales como reacciones químicas, pérdida de
estabilidad de la mezcla, entre otros.
ADHESIVIDAD DEL AGREGADO
Respecto a los fenómenos de adhesividad agregado fino – ligante, hay que tener
en cuenta que las acciones químicas o químico – físicas en las partículas de
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menor tamaño son más complejas. Su mayor superficie específica, facilidad para
acumular humedad y gran heterogeneidad de su naturaleza determinan una
mayor sensibilidad a toda clase de transformaciones químicas, fenómenos
polares y de adhesividad, absorción, etc.
2.2.1.4 FILLER (6)
Según el Sistema de Clasificación de Suelos SUCS, se define como polvo mineral,
a la parte del agregado pétreo total que pasa el tamiz #200. El fíller o polvo
mineral de aportación es un producto comercial de naturaleza pulverulenta
especialmente preparado para utilizarlo en mástico para mezclas asfálticas.
A. CARACTERISTICAS DESEABLES DEL FILLER
A.1 FINURA
Al ocupar parcialmente los espacios libres dejados por la estructura granular
compactada y conformada por las partículas mayores, reduce el volumen de
vacíos de la mezcla evitando un aumento pronunciado de la cantidad de ligante
asfáltico. El polvo mineral consigue cumplir con su función rellenadora,
dependiendo del volumen de vacíos existente una vez que se haya compactado la
estructura granular y en función de la granulometría y de las partículas de mayor
tamaño.
A.2 MODIFICACIÓN DEL COMPORTAMIENTO REOLÓGICO
El empleo del polvo mineral, incrementa la magnitud de la resistencia a la
deformación de la mezcla, sin modificar la naturaleza viscosa del ligante,
originando como consecuencia un aumento de la resistencia al corte de las
mezclas asfálticas.
A.3 ACCIÓN ESTABILIZANTE FRENTE AL AGUA
Se incrementa la durabilidad de las mezclas asfálticas frente a la acción del agua
debido a que se reduce parcialmente la porosidad de la estructura granular
evitando el acceso del agua al interior, y por otro lado debido a que algunos
6() MEZCLAS ASFALTICAS – ALEJANDRO PADILLA RODRIGUEZ – 2012 – CAP. 2 – PAG. 14
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polvos minerales presentan una mayor afinidad con el ligante asfáltico, mejoran la
resistencia a la acción de desplazamiento que ejerce el agua sobre el ligante
asfáltico.
Las características de finura y comportamiento reológico se hayan vinculadas el
tamaño y forma de las partículas. La acción estabilizante frente al agua depende
además del tamaño y forma de las partículas, de la composición química de los
rellenos minerales. Las funciones del polvo mineral
B. PROPIEDADES DEL POLVO MINERAL
En la interface filler-asfalto y en el comportamiento de la mezcla asfáltica, tienen
que ver las propiedades físicas y químicas tanto como las características
geométricas, propiedades de superficie, adsorción, adhesión, etc.
La irregularidad geométrica (forma, angulosidad y textura de superficie), es uno de
los aspectos más importantes en el papel del fíller dentro de la mezcla. La
irregularidad geométrica afecta directamente el contenido óptimo de asfalto en la
mezcla, a las características de interface del mastico y a su comportamiento
reológico. Todos estos aspectos influyen directamente en el comportamiento
estructural y mecánico de las mezclas.
El efecto que se logra en un pavimento a partir de la utilización de un fíller activo
en la dosificación de la mezcla asfáltica, es que aumenta considerablemente su
durabilidad. Existen fílleres activos como la cal hidratada y dolomíticos que suelen
mantener su resistencia en periodos de tiempo largos de tiempo en condiciones
de contenido óptimo de asfalto, mientras que los fílleres no activos como basaltos
y areniscas suelen deteriorarse rápidamente, también bajo condiciones de
contenido óptimo de asfalto.
2.2.1.5 ADITIVO – MEJORADOR DE ADHERENCIA (7)
7 () XVI - CONGRESO IBERO LATINOAMERICANO DE ASFALTO – BRASIL – METODOLOGIA PARA LA EVALUACION EN A INCORPORACION DE ADHERENCIA EN CEMENTO ASFALTICO – GERARDO BOTASSO –
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En las mezclas asfálticas se busca que la unión entre agregado y asfalto resulte
efectiva y resistente bajo condiciones desfavorables de humedad, tendiendo a que
la energía de adhesión de la interface asfalto-agregado en presencia de agua sea
la mayor posible.
Este es un fenómeno de características netamente superficiales dependiente del
comportamiento molecular del sistema ternario asfalto-agregado-agua. Para
optimizar la interacción asfalto-árido se han empleado aditivos mejoradores de
adherencia en la elaboración de mezclas asfálticas en caliente.
Estos productos (tenso activos), son agentes de superficie que incorporados al
ligante mejoran la adherencia orientando las moléculas mas polares del ligante
hacia el árido para neutralizar las cargas electrostáticas de la superficie mineral,
reaccionan sobre los agregados minerales, de manera que modifican su superficie
y las vuelven “mas bañables por los ligantes que por el agua. Los productos que
contienen tal efecto son muy diversos al igual que lo será su modo de acción.
Es importante también definir y establecer los aspectos relacionados con la
manipulación e incorporación de estos aditivos en planta, de manera de asegurar
una correcta incorporación y almacenamiento del asfalto aditivado que permita
mantener las propiedades durante esta etapa.
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2.2.2 MEZCLAS ASFALTICAS (8)
Las mezclas asfálticas se emplean en la construcción de firmes, como en capas
de rodadura y su función es proporcionar una superficie de rodamiento cómoda,
segura y económica a los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la
circulación de los vehículos, aparte de transmitir suficientemente las cargas
debidas al tráfico a la explanada para que sean soportadas por ésta.
Se tienen que considerar dos aspectos fundamentales en el diseño y proyecto de
un firme:
La Función Resistente, que determina los materiales y los espesores de
las capas que habremos de emplear en su construcción.
La Finalidad, que determina las condiciones de textura y acabado que se
deben exigir a las capas superiores del firme, para que resulten seguras y
confortables. A estas capas superiores se les denomina pavimento.
2.2.2.1 FUNCIONALIDAD DE LAS MEZCLAS ASFALTICAS
Las mezclas asfálticas como ya hemos visto anteriormente sirven para soportar
directamente las acciones de los neumáticos y transmitir las cargas a las capas
inferiores, proporcionando unas condiciones adecuadas de rodadura, cuando se
emplean en capas superficiales; y como material con resistencia simplemente
estructural o mecánica en las demás capas de los firmes.
El comportamiento de la mezcla depende de circunstancias externas a ellas
mismas, tales como son el tiempo de aplicación de la carga y de la temperatura.
Por esta causa su caracterización y propiedades tienen que estar vinculadas a
estos factores, temperatura y duración de la carga, lo que implica la necesidad del
conocimiento de la reología del material.
Las cualidades funcionales del firme residen fundamentalmente en su superficie.
De su acabado y de los materiales que se hayan empleado en su construcción
dependen aspectos tan interesantes y preocupantes para los usuarios como:
1. La adherencia del neumático al firme.
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2. Las proyecciones de agua en tiempo de lluvia.
3. El desgaste de los neumáticos.
4. El ruido en el exterior y en el interior del vehículo.
5. La comodidad y estabilidad en marcha.
6. Las cargas dinámicas del tráfico.
7. La resistencia a la rodadura (consumo de carburante).
8. El envejecimiento de los vehículos.
9. Las propiedades ópticas.
Estos aspectos funcionales del firme están principalmente asociados con la
textura y la regularidad superficial del pavimento.
Actualmente la reología de las mezclas está bien estudiada tanto desde el punto
de vista experimental como del teórico, con una consecuencia práctica inmediata:
la mejor adaptación de las fórmulas de trabajo y de los materiales a las
condiciones reales de cada pavimento.
Como resumen, se puede decir que en una mezcla asfáltica, en general, hay que
optimizar las propiedades siguientes:
A. ESTABILIDAD
Capacidad de un pavimento para resistir, los esfuerzos inducidos por el
transito que producen las deformaciones.
B. DURABILIDAD
Capacidad para resistir factores como desintegración de agregados,
cambios en las propiedades del asfalto a consecuencia de transito y clima.
C. RESISTENCIA A LA FATIGA
Capacidad de soportar los esfuerzos provocados por el transito.
D. RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO
Capacidad de superficie del pavimento cuando se encuentra mojado, para
ofrecer resistencia al deslizamiento.
E. PERMEABILIDAD ADECUADA
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Resistencia que ofrece al paso del agua.
2.2.2.2 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS AFALTICAS
La capa superior de un pavimento es la que debe proporcionar una superficie de
rodadura segura, confortable y estética. Como todas las exigencias deseables
para una superficie de rodadura no pueden optimizarse simultáneamente hay que
equilibrar las propiedades contrapuestas para llegar a las soluciones más
satisfactorias.
Los materiales asfálticos proporcionan superficies continuas y cómodas para la
rodadura de los vehículos. No obstante, hay que establecer un balance entre la
durabilidad, rugosidad, impermeabilidad, y otras características útiles o
imprescindibles para el usuario. Por ejemplo, en las ciudades de temperaturas
bajas y húmedas, se han desarrollado mezclas muy impermeables y ricas en
mortero.
En las capas de rodadura el uso de agregados de alta calidad y de aditivos se
justifica por las solicitaciones a que están sometidas. Actualmente la modificación
del ligante se ha generalizado para carreteras importantes persiguiéndose la
optimización de la respuesta mecánica y de la durabilidad de la mezcla. Por la
misma razón, la calidad de los agregados es absolutamente imprescindible,
aunque todo ello suponga un costo mayor para el pavimento.
A PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS
A.1 GENERALIDADES
Un factor importante que debe ser considerado en el comportamiento de mezclas
asfálticas son las relaciones volumétricas entre el ligante asfáltico y los
agregados.
Las propiedades volumétricas más importantes de una mezcla compactada de
pavimento son: vacíos de aire (Va), vacíos en el agregado mineral (VMA), vacíos
llenos con asfalto (VFA), y contenido de asfalto efectivo (Pbe), proporcionan un
índice del probable comportamiento de la mezcla durante su vida de servicio.
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A.2 DEFINICIONES
El agregado mineral es poroso y puede absorber agua y asfalto en diferentes
grados. Además, la proporción de agua a asfalto absorbido varia con el tipo de
agregado. Los tres métodos para medir las gravedades especificas de los
agregados consideran estas variaciones.
Los métodos son: gravedad específica bulk, gravedad especifica aparente y
gravedad especifica efectiva. La diferencia entre las gravedades especificas viene
de las diferentes definiciones de volumen del agregado.
A) GRAVEDAD ESPECÍFICA BULK, GSB
La relación del peso en el aire de un material permeable (incluyendo los vacíos
permeables e impermeables del material) a temperatura establecida al volumen
del agregado incluyendo los vacíos permeables. Imagen 02 -05
Donde:
Gsb: gravedad especifica bulk del agregado
Ws: peso del agregado seco
Vs: volumen del agregado con los vacíos impermeables
Vpp: volumen de vacíos permeables
γw: peso específica del agua, 1 gr/cm3
B) GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE, GSA
Es la relación del peso en el aire de un material impermeable con respecto al
volumen del agregado incluyendo los vacíos impermeables. Imagen 02 -05.
Donde:
Gsa gravedad especifica aparente
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Ws peso del agregado seco
Vs volumen del agregado con los vacíos impermeables
γw peso específica del agua, 1 gr/cm3
C) GRAVEDAD ESPECÍFICA EFECTIVA, GSE
Relación del peso en el aire de un material permeable (excluyendo
los vacíos permeables al asfalto) con respecto al volumen del
agregado con los vacíos impermeables y vacíos permeables que no
absorbieron asfalto. Imagen 02 -05.
Donde:Gse: gravedad especifica efectiva
Ws: peso del agregado seco
Vs: volumen del agregado con los vacíos impermeables
γw: peso específico del agua, 1 gr/cm3.
Imagen 02 – 06 : Propiedades Peso – Volumen en mezclas asfalticas
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Las definiciones de vacíos en el agregado mineral (VMA), contenido de asfalto
efectivo (Pbe), vacíos de aire (Va), y vacíos llenos con asfalto (VFA) son:
D) VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL (VMA)
Volumen de vacíos entre los agregados de una mezcla compactada que incluye
los vacíos de aire y el contenido de asfalto efectivo, expresado en porcentaje del
volumen total de la mezcla. Imagen 02 -06.
DEMOSTRACION:
Por definición se tiene que:VMA=
V T−V sbV T
x100
La formula VMA puede obtenerse considerando la relación peso – volumen de la Imagen
02-06, se recomienda que para el calculo sea realizado con la gravedad especifica Bulk
de agregado:
VMA=V T−V sbV T
x100=100−V sbV T
x 100
Sustituyendo volumen con el peso dividido entre la gravedad especifica:
VMA=100−
W s
G sbW T
Gmb
x100
: Sustituyendo W s=WT−P b xWT
Simplificando:
VMA=100(1−Gmb(1−P b )
Gsb )Donde:
Vsb: Volumen bulk del agregado
VT: Volumen total de la mezcla compactada
Ws: Peso del agregado.
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WT: Peso total de la mezcla
Pb: Contenido de asfalto.
.
E) PORCENTAJE DE ASFALTO ABSORBIDO (Pba)
El porcentaje de asfalto absorbido del agregado mineral usualmente se expresa
por peso del agregado mas que por un peso de la mezcla total. La ecuación para
calcular el asfalto absorbido puede obtenerse apartir de :
DEMOSTRACION:
Pba=W ba
W s
x100
Sustituyendo, Peso = Volumen x Gravedad Especifica
Pba=V ba xGb
W s
x100
El volumen de asfalto absorbido es la diferencia entre el volumen bulk del
agregado y su volumen efectivo, por lo tanto.
Pba=(V sb−V se) xGb
W s
x100
Sustituyendo, volumen = Peso / Gravedad Especifica
Pba=(W s
Gsb−W s
Gse) xGb
W s
x100
Simplificando:
Pba=Gse−G sbGsb xGse
xGbx100
Donde:
Pba: Porcentaje de asfalto absorbido por peso del agregado
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Wba: Peso del asfalto Absorbido
Ws: Peso del Agregado.
Vba: Peso del asfalto Absorbido.
Vsb: Volumen del Bulk del agregado
Vse:Volumen efectivo del agregado.
Gb,Gse,Gsb: Gravedad especificad del asfalto, efectiva y bulk del agregado
F) VACÍOS DE AIRE (VA)
Volumen total de las pequeñas cavidades de aire entre las partículas de agregado
cubiertas en toda la mezcla, expresada como porcentaje del volumen bulk de la
mezcla compactada. Imagen 02 -06.
DEMOSTRACION:
Por definición tenemos que: V a=
V vV Tx 100
si, V v=V T−V fa−V sb
Sustituyendo:
V a=(V T−V fa−V sb)
V Tx100
V a=(1−(V fa+V sb )V T
) x100
Multiplicando el numerador y denominador por WT y simplificando
V a=(1−
W T
V TW T
(V fa+V sb)
)x 100
Sustituyendo : V a=(1−
GmbGmm
) x100
Donde:
Va: Vacios de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total
Vv: Volumen de vacios de aire.
Vt: Volumen total del espécimen compactado
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Vfa: Volumen de vacios llenos de asfalto.
Vsb: Volumen Bulk del agregado.
WT: Peso total del espécimen compactado
Gmb: Gravedad especifica bulk del espécimen compactado
Gmm: Gravedad especifica teorica máxima de la mezcla
G) VACÍOS LLENOS CON ASFALTO (VFA)
Porción del volumen de vacíos entre las partículas de agregado (VMA) que es
ocupado por el asfalto efectivo. Imagen 02 -06.
Imagen 02 -06
El diseño de mezclas Superpave requiere del cálculo de VMA para mezclas compactadas
en función de la gravedad específica bulk del agregado. La gravedad específica efectiva
es la base para el cálculo de los vacíos de aire en mezclas asfálticas compactadas.
Los vacíos en el agregado mineral (VMA) y los vacíos de aire (Va) se expresan como
porcentaje por volumen de mezcla. Los vacíos llenos con asfalto (VFA) es el porcentaje
de VMA lleno con asfalto efectivo. El contenido de asfalto puede expresarse como
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porcentaje del peso total de la mezcla, o por peso, del agregado de la mezcla.
El Instituto del Asfalto recomienda que los valores de VMA para mezclas compactadas
deben calcularse en función de la gravedad específica bulk del agregado, Gsb. La
gravedad específica efectiva debe ser la base para calcular los vacíos de aire en la
mezcla de asfalto compactado.
F) ANÁLISIS DE MEZCLAS COMPACTADAS
La siguiente relación indica el procedimiento para analizar los vacíos de una mezcla
Compactada:
1. Medida de la gravedad específica bulk del agregado grueso (AASHTO T85 o
ASTM C127) y de los agregados finos (AASHTO T84 o ASTM C128).
2. Medida de la gravedad especifica del cemento asfáltico (AASHTO T228 o ASTM
D70) y del filler mineral (AASHTO T100 o ASTM D854).
3. Cálculo de la gravedad específica bulk de la combinación de agregados en la
mezcla.
4. Medida de la gravedad específica teórica máxima de la mezcla suelta (ASTM
D2041 o AASHTO T209).
5. Medida de la gravedad específica bulk de la mezcla compactada (ASTM D1188 o
ASTM D2726 o AASHTO T166).
6. Cálculo de la gravedad específica efectiva del agregado.
7. Cálculo de la gravedad específica máxima de la mezcla a otros contenidos de
asfalto.
8. Cálculo del asfalto absorbido por el agregado.
9. Cálculo del contenido de asfalto efectivo de la mezcla.
10. Cálculo del porcentaje de vacíos en el agregado mineral en la mezcla
compactada.
11. Cálculo del porcentaje de vacíos de aire en la mezcla compactada.
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12. Cálculo del porcentaje de vacíos llenados con asfalto en la mezcla compactada.
PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS MEZCLAS ASFALTICAS
SEGURIDAD
Resistencia al deslizamiento
Regularidad trasversal
Visibilidad
COMODIDAD
Regularidad longitudinal
Regularidad trasversal
Visibilidad
Ruido
DURABILIDADCapacidad de ser reciclable
Resistencia a la desintegración superficial
MEDIO AMBIENTERuido
Capacidad de ser reciclable
2.2.2.3 TIPOS DE MEZCLAS ASFALTICAS
Existen varios parámetros de clasificación para establecer las diferencias entre las
distintas mezclas y las clasificaciones pueden ser diversas:
A. POR FRACCIONES DE AGREGADO PÉTREO EMPLEADO.
Masilla asfáltica: Polvo mineral más ligante.
Imagen N° 02 – 06
Mortero asfáltico: Agregado fino más masilla.
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Imagen N° 02 – 07
Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero.
Imagen N° 02 – 07
B. POR LA TEMPERATURA DE PUESTA EN OBRA
B.1 Mezclas asfálticas en Caliente:
Se fabrican con asfaltos a unas temperaturas elevadas, en el rango de los 150
grados centígrados, según la viscosidad del ligante, se calientan también los
agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La
puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, pues en
caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y menos aún compactarse
adecuadamente.
B.2 Mezclas asfálticas en Frío:
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El ligante suele ser una emulsión asfáltica (debido a que se sigue utilizando en
algunos lugares los asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a
temperatura ambiente.
C. POR LA ESTRUCTURA DEL AGREGADO PÉTREO
C.1 Mezclas con Esqueleto mineral:
Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al
rozamiento interno de los agregados es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y
los que genéricamente se denominan concretos asfálticos, aunque también una
parte de la resistencia de estos últimos, se debe a la masilla.
C.2 Mezclas sin Esqueleto mineral:
No poseen un esqueleto mineral resistente, la resistencia es debida
exclusivamente a la cohesión de la masilla. Ejemplo, los diferentes tipos de
masillas asfálticas.
2.3 MARCO CONCEPTUAL
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2.3.1 MEZCLAS DE AGREGADOS (9)
La finalidad de la mezcla de agregados es conseguir una granulometría que
permita obtener una dosificación, según los granos disponibles. La curva obtenida
por la mezcla de los agregados, consiste en componer una curva de agregado
total en función de las fracciones de agregado fino y agregado grueso que lo
componen, con el objeto de obtener una granulometría continua adecuada,
teniendo en cuenta los medios de mezclado.
Una vez que se cumplen con los requisitos de las zonas granulométricas, para el
agregado fino y el agregado grueso, debe encontrarse que fracción de cada uno o
en qué porcentaje participan para lograr un hormigón resistente, durable,
económico y trabajable.
2.3.2 GRANULOMETRIA SUPERPAVE
Se ha refinado procedimientos existentes, con el fin de ajustarlos dentro del
sistema superpave, como las propiedades consensuadas.
2.3.2.1 PROPIEDADES CONSENSUADAS:
Son definidas como aquellas propiedades consideradas críticas, para alcanzar un
alto comportamiento de la mezcla, estas propiedades son:
Angularidad del agregado grueso
Angularidad del Agregado fino
Partículas planas y alargadas
Contenido de Arcilla.
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GRADUACIÓN SUPERPAVE DEFINIDA EN LA ASTM D 3515 (10) Tabla N° 02 -01
20118() MEZCLAS ASFALTICAS – ALEJANDRO PADILLA RODRIGUEZ – 2012 – CAP. 3 – PAG. 409 () DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE NUEVAS TENDENCIAS – MARCOS VINICIO – CENTRO DE INVESTIGACION GEOTECNICO – 200110 () ASTM D 3515
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2.3.3 DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS MEDIANTE EL METODO MARSHALL
2.3.3.1 METODOLOGIA
El concepto del método Marshall para diseño de mezclas de pavimentación fue
formulado por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de
Autopistas del estado de Mississippi en 1943. El cuerpo de ingenieros de Estados
Unidos, a través de una extensiva investigación y estudios de correlación, mejoró
y adicionó ciertos aspectos al procedimiento de prueba Marshall y desarrollo un
criterio de diseño de mezclas. (11)
El método original de Marshall, sólo es aplicable a mezclas asfálticas en caliente
para pavimentación que contengan agregados con un tamaño máximo de 25 mm
(1”) o menor. El método modificado se desarrolló para tamaños máximo arriba de
38 mm (1 1/2”). Está pensado para diseño en laboratorio y control de campo de
mezclas asfálticas en caliente con graduación densa. Debido a que la prueba de
estabilidad es de naturaleza empírica, la importancia de los resultados en términos
de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan
modificaciones a los procedimientos estándar.
El método Marshall utiliza especímenes de prueba estándar de una altura de 64
mm (2 ½”) y 102 mm (4”) de diámetro. Se preparan mediante un procedimiento
específico para calentar, mezclar y compactar mezclas de asfalto-agregado.
(ASTM D 1559). Los dos aspectos principales del método de diseño son, la
densidad-análisis de vacíos y la prueba de estabilidad y flujo de los especímenes
compactados.
La finalidad del método Marshall es determinar el contenido óptimo de asfalto para
una combinación específica de agregados, El método también provee información
sobre propiedades de la mezcla asfáltica en caliente y establece densidades y
11 () ANALISIS COMPARATIVO DE LOS METODOS MARSHALL Y SUPERPAVE – PAUL GARNICA ANGUAS 2005 – PAG. 14
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contenidos óptimos de vacío que deben ser cumplidos durante la construcción del
pavimento.
2.3.3.2 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN
CALIENTE.
Los agregados y el asfalto presentan diferentes características, estas
características tienen un impacto directo sobre la naturaleza misma del
pavimento. El primer caso en el método de diseño Marshall, es determinar las
cualidades como son: estabilidad, fluencia, durabilidad, trabajabilidad, resistencia
al deslizamiento, etc. que debe tener la mezcla de pavimentación y seleccionar un
tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan combinarse para
producir esas cualidades.
A. SELECCIÓN DE LAS MUESTRAS DE MATERIAL
La primera preparación para los ensayos consta de reunir muestras del asfalto y
del agregado que van a ser usados en la mezcla de la pavimentación. Es
importante que las muestras de asfalto tengan características idénticas a las del
asfalto que va a ser usado en la mezcla final. Lo mismo debe ocurrir con las
muestras de agregado. La razón es simple; los datos extraídos de los
procedimientos de diseño determinan la formula o “receta” para la mezcla de
pavimentación. La receta será exacta solamente si los ingredientes ensayados en
laboratorio tienen características idénticas a los ingredientes usados en el
producto final.
Una amplia variedad de problemas graves, que van desde una mala trabajabilidad
de la mezcla hasta una falla prematura del pavimento, son el resultado histórico
de variaciones ocurridas entre los materiales ensayados en el laboratorio y los
materiales usados en la realidad.
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B. PREPARACIÓN DEL AGREGADO
La relación viscosidad - temperatura del cemento asfaltico que va a ser usado
debe ser ya conocida para poder establecer las temperaturas de mezclado y
compactación en el laboratorio. En consecuencia, los procedimientos preliminares
se enfocan hacia el agregado (grueso y fino), con el propósito de identificar
exactamente sus características. Estos procedimientos incluyen secar el
agregado, determinar sus pesos específicos y efectuar un análisis granulométrico
por lavado.
SECANDO DEL AGREGADO:
El método Marshall requiere de los agregados ensayos que estén libres de
humedad, tan práctico como sea posible. Esto evita que la humedad afecte los
resultados de los ensayos.
Una muestra de cada agregado a ser ensayado se coloca en una bandeja, por
separado, y se calienta en un horno a una temperatura de 110 ºC. Después de
cierto tiempo la muestra caliente se pesa y se registra su valor.
La muestra se calienta completamente por segunda vez y se vuelve a pesar y a
registrar su valor. Este procedimiento se repite hasta que el peso de la muestra
permanezca constante después de dos calentamientos consecutivos, lo cual
indica que la mayor cantidad posible de humedad evaporada.
C. DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECIFICO
El peso específico de una muestra de agregado es determinado al comparar el
peso de un volumen dado de agregado con el peso de un volumen igual de agua
a la misma temperatura. El peso específico del agregado se expresa en múltiplos
del peso específico del agua.
El cálculo del peso especifico de la muestra seca del agregado establece un punto
de referencia para medir los pesos específicos necesarios en la determinación de
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la proporciones de agregado de asfalto y vacios que van a usarse en los métodos
de diseño.
D. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS (PROBETAS) DE ENSAYO
Las probetas de ensayo de las mezclas asfálticas son preparadas haciendo
que cada uno contenga un diferente porcentaje de asfalto y incrementándose
cada vez más en un 0.5 % de mismo. Este margen le da al laboratorio un punto
de partida para determinar el contenido exacto de asfalto en la mezcla final. La
proporción de agregado en las mezclas esta formulada por los resultados del
análisis granulométrico
Imagen N° 02 – 08
LAS MUESTRAS SON PREPARADAS DE LAS SIGUIENTES MANERAS (12)
El cemento asfaltico se calienta hasta alcanzar una viscosidad de 170 ± 20
centistokes y el agregado hasta alcanzar una temperatura de 140 °C, para que
finalmente se mezclar los hasta que todas las partículas del agregado estén
revestidas.
El porcentaje de asfalto se determina haciendo pruebas como por ejemplo: Un
punto nos representa el promedio de 3 briquetas elaboradas con un 4.5 % de
cemento asfaltico ( con referencia al peso de la mezcla) y de ahí se va
12() MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000, - SECCION 05 MEZCLAS BITUMINOSAS – MTC E - 504
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aumentando en 0.5 % el porcentaje de asfalto. De esta manera obtener nuestros
7 puntos como mínimo para representarlos en las diferentes graficas de
porcentaje de asfalto.
Las mezclas asfálticas en calientes se colocan en los moldes pre-calentados
Marshall, como preparación para la compactación. En donde se usa el martillo
Marshall de compactación, el cual también es calentado para que no enfríe la
superficie de la mezcla al golpearla.
Las briquetas son compactadas mediante golpes con el martillo Marshall de
compactación, el numero de golpes del martillo depende del tipo de transito, el
diseño de mezclas en caliente a elaborarse será para un tráfico pesado,
realizándose “75 golpes”, en ambas caras de la briqueta. Así una probeta recibe
realmente 150 golpes y por ultimo después de completar la compactación las
probetas son enfriadas y extraídas de los moldes.
E. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO MARSHALL
Existen tres procedimientos en el método de ensayo Marshall, estos son:
determinación del peso especifico total, medición de la estabilidad y la fluencia
Marshall, el análisis de la densidad y su porcentaje de vacios de las probetas.
E.1 DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO TOTAL
Se determina cuando las probetas recién compactadas se hayan enfriado a la
temperatura ambiente, esta medición de peso específico total se determina
usando el procedimiento discreto en la norma. MTC E 514 y AASHTO T166 ya
descrito y explicado en la parte de delante de Ensayos de controles de calidad en
la planta de asfalto.
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E.2 ENSAYOS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA
El ensayo de estabilidad está dirigido a medir la resistencia a la deformación de la
mezcla, la fluencia mide la deformación bajo la carga que ocurre en la mezcla. El
procedimiento de los ensayos es el siguiente:
Las probetas son sumergidas en un baño de agua a 60 ºC, a un tiempo que de 30
a 40 minutos. Las probetas son removidas del baño, secadas y colocadas
rápidamente en el equipo Marshall, el aparato consiste de un dispositivo que
aplica una carga sobre la probeta y de unos diales de carga y deformación
(fluencia).
EQUIPO MARSHALL
Imagen 02 – 09
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Imagen 02 – 10
La carga del ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante de 51 mm
(2 pulgadas) por minuto hasta que la muestre falle, la falla está definida como la
carga máxima que la briqueta va a resistir.
La carga de falla se registra como el valor de estabilidad Marshall y la lectura de la
deformación se registra como la fluencia Marshall, que no es otra cosa que la
deformación diametral vertical de la muestra.
VALOR DE ESTABILIDAD MARSHALL
El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una
probeta cede o falla totalmente. Durante un ensayo cuando la carga es aplicada
lentamente, los cabezales superior o inferior del aparato se acercan. Y la carga
sobre la briqueta aumenta al igual que la lectura del dial. Luego se debe
suspender la carga una vez obtenida la carga máxima, la carga máxima indicada
mediante el dial es el valor de estabilidad Marshall.
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Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una mezcla a la
deformación, existe una tendencia a pensar que si un valor de estabilidad es
bueno, entonces un valor más alto sería mucho mejor.
Para muchos materiales de ingeniería, la resistencia del material es,
frecuentemente una medida de su calidad; sin embargo, este no es
necesariamente el caso de las mezclas asfálticas en caliente. Las estabilidades
extremadamente altas se obtienen a costa de su durabilidad.
VALOR DE FLUENCIA MARSHALL
La fluencia Marshall, medida en centésimas de pulgada, representa la
deformación diametral de la briqueta. La deformación está medida por un dial que
nos indica la disminución en el diámetro vertical de la briqueta.
Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de
estabilidad Marshall son considerados demasiados frágiles y rígidas para un
pavimento en servicio. Aquellas que tiene valores altos de fluencia son
consideradas practicas y tienen tendencia a deformarse fácilmente bajo las cargas
de transito.
F. ANÁLISIS DE DENSIDAD Y VACIOS
Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia. Se procede a
efectuar un análisis de densidad y vacios para cada serie de probetas de prueba.
El propósito del análisis es el de determinar el porcentaje de vacios en la mezcla
compactada.
ANÁLISIS DE VACIOS
Los vacios son pequeñas bolsas de aire que se encuentran entre las partículas
del agregado revestidas de asfalto, el porcentaje de vacios se calcula a partir del
peso específico total de cada probeta compactada y del peso especifico teórico de
la mezcla de pavimentación (sin vacios). Este último puede ser calculado a partir
de pesos específicos de asfalto y agregado de la mezcla con un margen
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apropiado para tener en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado:
o directamente mediante el ensayo de densidad teórica máxima (RICE), efectuado
sobre mezclas sin compactar, la cuales son pesada al aire y al agua.
ANÁLISIS DEL PESO UNITARIO
El peso unitario promedio para cada muestra se determina multiplicando el peso
especifico total de la mezcla por 1000 kg/m3 (62.4 lb/ft3).
ANÁLISIS DE VACIOS EN EL AGREGADO MINERAL (VMA)
Los vacios en el agregado mineral VMA, están definidos por los espacios
intragranulares de vacios que se encuentran entre las partículas de los agregados
de la mezcla pavimentada compactada, incluyendo los vacios de aire y el
contenido efectivo de asfalto y se expresan como porcentaje del volumen total de
la mezcla.
Por lo tanto el VMA puede ser calculado al restar el volumen de agregado
(determinado mediante el peso específico total del agregado) del volumen total de
la mezcla compactada.
ANÁLISIS DE VACIOS LLENOS DE ASFALTO (VFA)
Los vacios llenos de asfalto VFA, son el porcentaje de vacios intergranulares entre
las partículas de agregado VMA, que se encuentran llenos de asfalto, el VMA
abarca asfalto y aire.
G. ANALISIS DE RESULTADOS DEL ENSAYO MARSHALL
Los técnicos de laboratorio elaboran graficos de los resultados del ensayo
Marshall. Para poder entender las características particulares de cada probeta
usada en la serie. Mediante el estudio de todas las graficas ellos pueden
determinar qué porcentaje de asfalto sería el más adecuado para las condiciones
y criterios para el pavimento terminado.
Las proporciones de asfalto y agregado se convierten en las proporciones usadas
en la mezcla final. La grafica N° 02 – 02 refleja los resultados de ensayo Marshall.
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Cada grafico tienen los resultados de las diferentes pruebas. Los valores de estos
resultados están representados por puntos.
La primera grafica muestra los porcentajes de vacios; La segunda grafica muestra
los porcentajes de vacios en el agregado mineral (VMA); la tercera grafica
muestra los porcentajes de vacios llenos de Asfalto “VFA”, la cuarta los pesos
unitarios “Densidades”, la quinta los valores de estabilidad Marshall y la sexta los
valores de fluencia Marshall.
Grafico N° 02 – 04
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2.3.4 ESPECIFICACIONES DE LA METODOLOGÍA (13)
Las características de calidad de la mezcla asfáltica, deberán estar de acuerdo
con las exigencias de mezclas de concreto bituminoso que se indican en la Tabla
N° 02 - 02 y Tabla N° 02 – 03, según corresponda al tipo de mezcla que se
produzca, de acuerdo al diseño de la investigación.
Requisitos para Mezcla de Concreto Bituminoso
Tabla N° 02 – 02
Parámetro de DiseñoClase de Mezcla según ESAL
Pesado Intermedio Ligero
Marshall (MTC E 504)8 kN (815
Kg)5,34 kN (544
Kg)4,45 kN (453
Kg) Estabilidad (mín) 8 – 14 8 – 16 8 – 20
Flujo 0.25 mm 3 – 5 3 – 5 3 – 5 Porcentaje de vacíos con aire (MTC E 505)
(*)
Vacíos en el agregado mineral (VMA) (Ver Tabla 410-10)
Compactación, núm. de golpes en cada capa de testigo
75 50 35
Inmersión – Compresión (MTC E 518) ---------
Resistencia a la compresión Mpa mín. 2,1 2,1 1,4
Resistencia retenida % (mín) 70 70 70 Resistencia Conservada en la Prueba de Tracción indirecta (mín) (MTC E 521)
70 70 70
Relación Polvo – Asfalto 0,6 – 1,3 0,6 – 1,3 0,6 – 1,3
Relación Estabilidad / Flujo (**) 1700 – 2500(*) A la fecha se tienen tramos efectuados en el Perú que tienen el rango 2% a 4%
(es deseable que tienda al menor 2%) con resultados satisfactorios en climas
frígidos (4°C – 10°C) por encima de 3 000 m.s.n.m.
(**) Para zonas de con clima frígidos (5°C – 15°C) es deseable que la relación
Estabilidad / Flujo sea de la menor magnitud posible tendiéndose hacia el límite
inferior.
El Índice de Compactibilidad mínimo será 5.
El Índice de Compactabilidad se define como: 1
GEB50 yGEB5
13 ( ) ESPECIFACIONES TECNICAS GENERALES PARA CARRETERAS EG – 2000, CAP 4 SUELOS Y PAVIMENTOS – SECCION 410 – PAG. 12
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Siendo GEB50 y GEB5, las gravedades específicas bulk de las briquetas a 50 y 5
golpes.
Vacíos mínimos en el agregado mineral (VMA)
Tabla N° 02 – 03
TamizVacíos mínimos en agregado mineral %
Marshall Superpave
2,36 mm. (N° 8) 21 -
4,75 mm. (N° 4) 18 -
9,5 mm. (3/8”) 16 15
12,5 mm. (½”) 15 14
19 mm. (3/4”) 14 13
25 mm. (1”) 13 12
7,5 mm. (1 ½”) 12 11
50 mm. (2”) 11.5 10.5
Los valores de esta Tabla serán seleccionados de acuerdo al tamaño máximo
nominal.
2.3.5 FALLAS EN CARPETAS ASFALTICA (14)
Los pavimentos asfálticos o flexibles presentan una serie de fallas debido a
factores de clima y del no mantenimiento adecuado de las carreteras, a
continuación presentamos algunos tipos de fallas.
2.3.5.1 GRIETAS POR FATIGAMIENTO:
Se conocen también como «piel de cocodrilo» y son una serie de fisuras
interconectadas formando trozos de ángulos agudos, de dimensiones
normalmente inferiores a 300 mm. Se originan por fatigamiento del material
sometido a cargas reiteradas.
14() FALLAS EN PAVIMENTOS ASFALTICOS – ING. JAIME COTRADO
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Imagen 02 – 11
2.3.5.2 GRIETAS EN BLOQUE:
Fisuras y grietas que conforman una serie de trozos aproximadamente
rectangulares, cuyas dimensiones pueden estar comprendidas entre 0,1 y 10 m2 .
Son causadas por diferenciales térmicos, especialmente en mezclas muy duras.
Imagen 02 – 12
2.3.5.3 GRIETAS DE BORDE:
Son grietas en forma de media luna que se producen en los bordes de las
carpetas asfálticas que no cuentan con bermas pavimentadas. Son provocadas
por las cargas cuando la base es débil.
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Imagen 02 – 13
2.3.5.4 GRIETAS LONGITUDINALES:
Grietas predominantemente paralelas al eje del camino. Son causadas por una
mala construcción cuando se encuentran a lo largo del eje, por debilidad de la
base cuando coinciden con la huella de paso de los vehículos (aprox. 600 mm del
borde), y por contracciones térmicas cuando están en otras posiciones
.Imagen 02 – 14
2.3.5.5 GRIETAS TRANSVERSALES:
Son aproximadamente normales al eje del camino y se producen sin existir un
pavimento de hormigón subyacente. Las causas son las mismas señaladas para
las grietas longitudinales.
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Imagen 02 – 152.3.5.6 BACHES:
Son deformaciones que tienen la forma de una taza. Tienen su origen en mezclas
asfálticas mal dosificadas o con compactación insuficiente y zonas débiles de la
subrasante.
Imagen 02 – 16
2.3.5.7 AHUELLAMIENTOS:
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Son depresiones longitudinales que coinciden con la zona donde pasan las ruedas
de los vehículos. Se originan en mezclas que originalmente no fueron
suficientemente compactadas; cuando van asociadas con deformaciones laterales
de la carpeta son productos de bases o subrasantes débiles..
.Imagen 02 – 17
2.3.5.8 EXUDACIÓN:
Parte del asfalto contenido en la mezcla aflora a la superficie creando una película
de material bituminoso puro, de aspecto brillante y, a veces, pegajosa. Se origina
en mezclas mal diseñadas, por insuficiente cantidad de huecos o construidas con
exceso de asfalto. Normalmente comienza en la zona por donde transitan las
ruedas.
Imagen 02 – 182.3.5.9 PÉRDIDA DE ÁRIDOS:
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Es el desgaste del pavimento, perdiéndose primero el ligante y luego
progresivamente el árido. Es causado por una insuficiente adherencia entre el
ligante y el árido.
Imagen 02 – 15
2.3.5.10 ONDULACIONES:
Son una serie de levantamientos tipo ondas, poco separadas y más o menos
regulares (calamina). Son causadas por el tránsito, donde la base o la subrasante
es débil o tiene poca estabilidad.
Imagen 02 – 16
2.3.5.11 DEPRESIONES:
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Son pequeñas áreas que han bajado respecto del plano general de la superficie y
que no constituyen baches abiertos. Se originan por asentamientos de la base o la
subrasante. Cuando las delimitan líneas rectas, probablemente la causa se
encuentra en que se constituyo una zanja u otro trabajo similar.
Imagen 02 – 17
2.3.5.12 LEVANTAMIENTO:
La carpeta se levanta formando una superficie convexa. Se origina por un
aumento de volumen del suelo de la subrasante, causado por la existencia de un
suelo expansivo con la humedad o, en zonas frías, por congelamiento del suelo.
Imagen 02 – 18
2.3.5.13 BERMAS DESNIVELADAS Y/O SEPARADAS:
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El desnivel es la diferencia entre el borde del pavimento y la berma, causado por
asentamiento de ésta. La separación corresponde a la abertura entre el borde del
pavimento y la berma.
Imagen 02 – 19
2.3.6 ENSAYOS REALIZADOS EN LABORATORIO
A. GRANULOMETRIA (15)
El objetivo de la granulometría es obtener cuantitativamente los tamaños de las
partículas de agregados gruesos y finos de un material por medio de tamices de
abertura cuadrada.
Se determina la distribución de los tamaños de las partículas de una muestra seca
del agregado, por separación de tamices dispuestos sucesivamente de mayor a
menor abertura. La determinación exacta de materiales que pasan el tamiz N° 200
no puede lograrse mediante este ensayo. El método de ensayo que se debe
emplear será “determinación de la cantidad de material fino que pasa el tamiz N°
200”.
MUESTRA
15 ( ) MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000, - SECCION 05 AGREGADOS – MTC E – 204
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“INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFALTICASEN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI - SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012”
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La muestra para el ensayo de obtendrán por medio de cuarteo, manual o
mecánico. La muestra para el ensayo debe tener la masa seca aproximada y
consistir en una fracción completa de la operación de cuarteo.
La cantidad de muestra para el agregado fino será como mínimo 300gr.
después de ser secado
La cantidad de muestra para el agregado grueso después de ser secado, será
aproximadamente como sigue en la siguiente tabla.
Tabla N° 02 – 04
Tamaño máximo nominal de abertura cuadrada
Peso mínimo de la muestra de ensayo
Mm pulg. kg.
9.5 (3/8) 1
12.5 (1/2) 2
19 (3/4) 5
25 (1) 10
37.5 (1 1/2) 15
50 (2) 20
63 (2 1/2) 35
75 (3) 60
90 (3 1/2) 100
100 (4) 150
112 (4 1/2) 200
125 (5) 300
150 (6) 500
PROCEDIMIENTO
Se selecciona un grupo de tamices adecuados para cumplir con las
especificaciones del material que se va a ensayar. Colóquese los tamices en
orden decreciente, por tamaño de abertura. Efectúese la operación de
tamizado a mano.
Limítese la cantidad de material en un tamiz de tal forma que todas las
partículas tengan la oportunidad de alcanzar las aberturas del tamiz varias
veces durante la operación del tamizado.
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Continúese el tamizado por un periodo suficiente, de la forma que después de
terminado, no pase mas del 1% de la cantidad en peso retenida en cada
tamiz, durante un minuto de tamizado continuo a mano, realizado de la
siguiente manera tomese individualmente cada tamiz, con su tapa y fondo
que ajuste sin holgura, con la mano en una posición ligeramente indicada.
Se golpea secamente el lado del tamiz, con un movimiento hacia arriba contra
la palma de la otra mano a razón de 150 veces por minuto, girando el tamiz
aproximadamente 1/6 de vuelta en cada intervalo de 25 golpes. Se considera
satisfactorio el tamizado para tamaños mayores al tamiz de 4.75 mm (N° 4),
cuando el total de las partículas del material sobre la malla forme una sola
capa.
El peso total después del tamizado, debe ser comparado con el peso original
de la muestra que se ensayo. Si la cantidad diferente den más del 0.3%,
basado en el peso de la muestra original seca, el resultado no debe ser
aceptado.
B. GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSORCION (16)
Describe el procedimiento que debe seguirse para la determinación de los
pesos específicos aparente y nominal, así como la absorción, después de los
24 horas de sumergidos en agua, de los agregados con tamaño igual a 4.75
mm (tamiz N° 4)
MUESTRA
Se comienza por mezclar completamente los agregados, cuarteándolos,
hasta obtener la cantidad mínima necesaria para el ensayo. Las cantidades
mínimas para el ensayo se indican en la tabla.
Tabla N° 02 – 05
16 ( ) MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000, - SECCION 05 AGREGADOS – MTC E – 206
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Tamaño máximo nominal de abertura cuadrada
Peso mínimo de la muestra de ensayo
Mm pulg. kg.
Hasta 12.5 (1/2) 2
19 (3/4) 3
25 (1) 4
37.5 (1 1/2) 5
50 (2) 8
63 (2 1/2) 12
75 (3) 18
90 (3 1/2) 25
PROCEDIMIENTO
La muestra se lava inicialmente con agua hasta eliminar completamente el
polvo u otras sustancias extrañas adheridas a la superficie de las partículas,
se seca a continuación en un horno eléctrico a 100° - 110°C y se enfría al aire
a la temperatura ambiente durante 1 a 3 horas.
Una vez fría se pesa, repitiendo el secado hasta lograr peso constante y
se sumerge en agua también a temperatura ambiente, durante 24 ± 4
horas.
Después del proceso de inmersión, se saca la muestra del agua y se
seca las partículas sobre un paño absorbente de gran tamaño, hasta que
se elimine el agua superficial visible, secando individualmente los
fragmentos mayores.
Se tomaran las precauciones necesarias para evitar cualquier
evaporación de la superficie de la superficie de los agregados.
A continuación se determina el peso de la muestra en el estado de
saturado con superficie seca (S.S.S.).
A continuación, se coloca la muestra en el interior de la canastilla
metálica y se determina su peso sumergido en el agua, a la temperatura
entre 21° y 25°C y un peso unitario de 0.997 ± 0.002 gr/cm3. Se tomaran
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las precauciones necesarias para evitar la inclusión de aire en la muestra
sumergida, agitando convenientemente.
La canastilla y la muestra deberán quedar completamente sumergidas
durante la pesada y el hilo de suspensión será lo más delgado posible
para que su inmersión no afecte a las pesadas.
Se seca entonces la muestra en horno a 100° - 110°C, se retira al aire
libre a la temperatura ambiente durante a 3 horas y se determina su peso
seco hasta obtener un peso constante.
C. PARTICULAS DE CARAS FRACTURADAS (17)
Describe el procedimiento para determinar el porcentaje, en peso de material
que presenta una, dos capas o mas fracturadas de las muestras de agregado
pétreo.
MUESTRA
La muestra para el ensayo deberá ser representativa y se obtendrá mediante
un cuidadoso cuarteo del total de la muestra. Hágase el análisis
granulométrico de la muestra cuarteada.
Sepárese por tamizado la fracción de la muestra comprendida entre los
tamices 3.75 mm y 9.5 mm (1 ½” y 3/8”)
El peso de la muestra dependerá del tamaño del agregado así:
Tamaño del agregado Peso (gr)
37.5 a 25.0 mm (1 1/2" a 1") 2000
25.4 a 19.0 mm (1" a 3/4") 1500
19.0 a 12.5 mm (3/4" a 1/2") 1200
12.5 a 9.5 mm (1/2" a 3/8") 300
PROCEDIMIENTO
Extiéndase la muestra en un área grande, para inspeccionar cada partícula. Si
en necesario lávese el agregado sucio. Esto facilitara la inspección y detección
17 ( ) MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000, - SECCION 05 AGREGADOS – MTC E – 210
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de las partículas fracturadas.
Prepare tres recipientes con una espátula, las partículas redondeadas y las
que tengan una o más de dos caras fracturadas. Si una partícula de agregado
redondeada presenta una fractura muy pequeña, no se clasificara como
“partícula fracturada”. Una partícula se considera como fractura cuando un 25%
o más del área de la superficie aparente fracturada. Las fracturas deben ser
únicamente las recientes, aquellas que no han sido producidas por la
naturaleza, sino por procedimientos mecánicos.
D. PARTICULAS CHATAS Y ALARGADAS (18)
Describe el procedimiento que debe seguirse para la determinación de los
índices de aplanamiento y de alargamiento, de los agregados que se van a
emplear en la construcción de carreteras.
De acuerdo con este método, se define como índice de aplanamiento de una
fracción de agregado, el porcentaje en peso de las partículas que forman, cuya
dimensión mínima es inferior a 3/5 de la dimensión media de la fracción.
Se define índice de alargamiento de una fracción de agregado, el porcentaje en
peso de las partículas que forman, cuya dimensión máxima (longitud) es
superior a 9/5 de la dimensión media de la fracción.
Este método no es aplicable a las fracciones del agregado con tamaño inferior
a 6.3 mm (1/4”)
PROCEDIMIENTO
Para separar el material en forma aplanada de cada de las fracciones del
ensayo, se hace pasar cada partícula en el calibrador de aplanamiento por la
ranura cuya abertura corresponde a la fracción que se ensayo
La cantidad total de las partículas de cada fracción que pasa por la ranura
correspondiente, se pesa (P) con aproximación del 0.1% del peso total de la
18 ( ) MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000, - SECCION 05 AGREGADOS – MTC E – 221
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muestra en ensayo.
E. EQUIVALENTE DE ARENA (19)
Determina la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo o material
arcilloso, en los suelos o agregados finos.
PROCEDIMIENTO
Viértase solución de trabajo de cloruro de calcio en el cilindro de plástico
graduado a una altura de 101.6 ± 2.54 mm (4 ± 1”)
Con ayuda del embudo, viértase la muestra del ensayo en el cilindro graduado.
Golpéese varias veces el fondo del cilindro con la palma de la mano para
liberar las burbujas de aire y remojar la muestra completamente y déjese en
reposo durante 10 ± 1 minuto.
Al finalizar los 10 minutos (Periodo de humedecimiento) tápese el cilindro con
un tapón y suéltese el material del fondo invirtiendo parcialmente el cilindro y
agitándolo a la vez.
Inmediatamente después de la operación de agitación, colóquese e cilindro
verticalmente sobre la mesa de trabajo y remuevas el tapón. Déjese el cilindro
y el contenido en reposo por 20 min.
Al final de los 20 min. Del periodo de sedimentación, léase y anótese el nivel de
la parte superior de la suspensión,
Cuando el nivel de las lecturas, de arcilla o arena, este entre líneas de
graduación, se anotara la lectura correspondiente a la graduación
inmediatamente superior.
Después de tomar las lecturas, sáquese el conjunto del cilindro, tape este con
un tapón de goma y sacúdase hacia arriba y hacia abajo en posición invertida
hasta que el material sedimentado se deshaga y vaciase inmediatamente.
2.3.7 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO
19 ( ) MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000, - SECCION 05 AGREGADOS – MTC E – 114
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Estas mezclas se usan asfaltos líquidos, la cual se efectúa sin calentar los
agregados y el asfalto se calienta a una temperatura relativamente baja, solo para
obtener la viscosidad necesaria de mezclado.
Los concretos asfalticos en frio son mezclas utilizadas como carpeta de rodadura
en la pavimentación. Se obtienen de la dosificación de agregados gruesos, finos,
filler, emulsión asfáltica y agua. Estas mezclas poseen capacidad portante, por
esta razón es que se considera su aporte en el paquete estructural.
Los agregados gruesos son exclusivamente provenientes de trituración. los
agregados finos, conviene que provengan de la mezcla de arena de trituración,
que ofrecen la trabazón necesaria y arenas silíceas que otorgan trabajabilidad a la
mezcla, el filler puede ser el cemento portland o cal hidratada. Estas mezclas
asfálticas son ideales para pavimentaciones urbanas que estén sometidos a un
bajo volumen de transito y que ese tránsito sea exclusivamente de automóviles
A. METODOLOGIA DE DISEÑO
El objetivo es el de encontrar un porcentaje de asfalto que le otorgue a la mezcla
buen recubrimiento, trabajabilidad y compactación en las condiciones de uso
planificadas para luego determinar el contenido de asfalto. También es
conveniente determinar la resistencia al agua de la mezcla completamente
curada.
Una primera aproximación al contenido de asfalto en la mezcla se puede obtener
con la misma fórmula utilizada para mezclas en caliente partiendo de la curva
granulométrica del agregado:
P=0.05 A+0.01B
Donde:
P = Contenido de asfalto
A = Porcentaje que pasa la malla 4.75 mm (N° 4)
B = Porcentaje retenido en la malla 4.75 mm (N° 4)
B. CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO
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Es necesario preparar distintas probetas variando el contenido de emulsión de a
1% o 0.5% entre ellas y curarlas completamente en estufa a 60ºC durante 48
horas. Luego se determinan las propiedades estructurales relevantes para la
futura aplicación de la mezcla. Es seleccionado un nivel de asfalto tal que la
probeta cumpla con los requisitos de modulo de, resistencia al ahuellamiento.
C. TRABJABILIDAD
La mezcla preparada con emulsiones asfálticas puede comenzar a tomar
consistencia inmediatamente después de preparada o luego de un periodo de
horas o días. Esto determina una “ventana de trabajabilidad” de la mezcla
requerida para su soporte y aplicación la cual depende de las características
del proyecto. Es prudente contar con un margen de trabajo de por lo menos 30
minutos para contrarrestar efectos de la temperatura u otras variables de obra.
PREPARACION DE LA MEZCLA
Los mezcladores comúnmente utilizados en el ámbito vial pueden ser
utilizados como por ejemplo un mezclador de cemento (hormgonero). Las
plantas para preparar mezclas en frió que posean 2 o más tolvas para
diferentes tamaños de agregados son preferibles para lograr mezclas de
calidad constante
Los agregados secos deben ser pre-humectados a un 2 - 3% de humedad
antes de agregar la emulsión pero se debe evitar un exceso de agua ya que
puede traer problemas de compactación. En planta la dosificación del agua se
puede ajustar “visualmente” hasta obtener una mezcla bien recubierta y de
consistencia seca.
Se debe vigilar el almacenamiento de los agregados para controlar la
humedad. Al abandonar el mezclador la mezcla se debe presentar de color
marrón. Si la mezcla se almacena por largos periodos se debe cubrir para
prevenir que pierda humedad.
D. RECOMENDACIONES
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Se recomienda que en el mezclado en frio se usen agregados provenientes de
la trituración de rocas para que ofrezcan la trabajabilidad necesaria.
Se recomienda el uso de aditivos de adherencia, debido a que incrementa la
resistencia a la fragmentación.
Se recomienda su puesta en obra a temperaturas no inferiores a los 20°C ni
superiores a los 40°C
CAPITULO III
CARACTERISTICAS DEL AREA
DE INVESTIGACION
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CAPITULO III: CARACTERIZACION DEL AREA DE
INVESTIGACION
3.1 INTRODUCCION
El área de estudio es el sector II de la carretera Muñani - Saytococha, debido a
que después de un año de su funcionamiento la carretera Azángaro – Muñani
presento diferentes problemas de carpeta de rodadura de asfaltado en frio,
usando el asfalto “RC-250”, Problemas como grietas de borde, grietas
longitudinales, grietas transversales, baches y perdida de áridos esto de debió a la
falta de parámetros de control de producción y en la parte de diseño de la mezcla
asfáltica.
Para evitar este problema en el nuevo tramo Muñani – Saytococha, Tenemos
que optimizar las propiedades de adherencia y cohesión de la mezcla.
Partiendo desde ese punto de vista, la investigación y estudios se realizaran en el
mencionado sector. Realizando un nuevo diseño de mezcla asfáltica en caliente
para las condiciones de clima, tráfico y suelo de la mencionada carretera.
3.2 AMBITO DE ESTUDIO
El tramo II inicia en el distrito de Muñani - ciudad y finaliza con dirección al Nor-
Este en el centro poblado de Saytococha. Geográficamente se encuentra ubicada
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en el departamento de Puno, provincia de Azángaro, distrito de Muñani, con
altitudes que varían desde los 3500 m.s.n.m a los 4800 m.s.n.m.
El acceso al área de investigación, se presenta en el siguiente cuadro.
CUADRO Nº 03 – 01
VIAS DE ACCESO
TRAMODIST. (Km)
TIEMPO (Min)
TIPO DE VIA
VIA PRINCIPAL
Puno - Juliaca 45 45 Asfaltado Puno – Juliaca
Juliaca - Azángaro 54 90 Asfaltado Juliaca – Azángaro
Azángaro - Muñani 40 80 Asfaltado Azángaro – Sandia
Puno - Juliaca 45 45 Asfaltado Puno – Juliaca
Juliaca - Desv. Putina 38 40 Asfaltado Juliaca – Huancané
Desv. Putina - Putina 42 85 Asfaltado Juliaca – Putina
Putina - Muñani 35 70 Afirmado Putina – Sandia
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Imagen Nº 03 – 01
Imagen Nº 03 – 02
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3.3 INFORMACION METEOROLOGICA
3.3.1 PRECIPITACION
Son todas las formas de humedad que se condensan masivamente en la
atmosfera y a consecuencia del enfriamiento de las masas adoptan formas como
granizo, nieve, lluvia y neblina para finalmente caer en la superficie terrestre y
adoptar su forma original de líquido.
3.3.2 TEMPERATURA
Este fenómeno se denomina como el grado mayor o menor de calor que presento
un punto especifico de la atmosfera, es uno de los elementos más importantes del
tiempo y del clima, dado su gran influencia sobre todas las formas de vida de
nuestro planeta y porque es la causa de muchos otros fenómenos atmosféricos;
como son los cambios de presión atmosférica, vientos, contenido de humedad en
el aire, formación de las nueves y precipitaciones. La temperatura media anual
será de 8.8°C según el cuadro 3-1
La temperatura no es uniforme en toda la superficie terrestre, sus múltiples
variaciones se debe entre muchas causas, latitud, distribución de los continentes,
naturaleza del terreno, la razón de temperatura disminuye a 5.5 °C por mil metros
de altitud. Se presenta al final del capítulo la tabla 03 -01
CLASIFICACION DE KOPPEN
Wilhelm koopen, climatólogo de origen alemán, acepta para su clasificación los
mismos limites térmicos propuestos por Supan, es decir 10°C y 20°C, Con la
diferencia de que no se consideran valores anuales sino promedios mensuales, se
considera esta clasificación por ser la más completa y utilizada universalmente.
La clasificación establece los siguientes grupos climáticos:
A) CLIMA TROPICAL
Los doce meses del año con temperaturas medias mensuales superiores a los
18 °C.
B) CLIMA SECO
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Periodos de 4 a 11 meses con temperaturas medias mayores a 18°C
C) CLIMA TEMPLADO
Periodo de 4 a 12 meses con temperatura media mensual entre 10°C a 18°C
D) CLIMA FRIGIDO
Periodo de 1 a 4 meses con temperaturas entre 10° a 18°C, y de 11 a 8 meses
con temperaturas inferiores a 10°C.
La temperatura media anual en nuestra zona de estudio es de 8.8°C, siendo
clasificado como clima frígido según KOPPEN
3.3.3 VIENTOS
Los vientos que se encontraron en la zona del altiplano son considerados suaves
con velocidades entre 2.1 m/s a 3.1 m/s, presentándose máximas de hasta 6.6
m/s que se clasifican como brisa fuerte, según la escala BEAUFORT.
Existen vientos locales o brisas del lago que soplan en ambos sentidos tierra -
lago y lago - tierra.
3.3.4 RELIEVE
El relieve topográfico es empinado por tramos y cuenta con colinas en las partes
bajas presentando gradientes moderadas, ocupa las laderas y paredes de los
valles interandinos. Cuenta con una Orografía accidentada y en su mayor parte
llana, por encontrarse en pleno altiplano.
La carretera comienza con una altitud de 4,421.6 m.s.n.m.y su tramo más alto
alcanza una altitud de 4,490.33 m.s.n.m.
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FOTO 03 – 01 : El relieve de la vía
FOTO 03 – 02: El relieve de la vía
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FOTO 03 – 03: El relieve de la vía
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TESIS :INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN LAS MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE
TRAMO : MUÑANI - SAYTOCOCHA SECTOR : KM 14+700 AL KM 30+000
N° FechaTemperatura Maxima °C
Temperatura Minima °C
Temperatura Media °C
Precipitacion MM
1 01/06/2011 16.5 -1.9 7.3 0
2 01/07/2011 15.7 -1.7 7 7.2
3 01/08/2011 17.8 -0.5 8.65 16.2
4 01/09/2011 16.5 1.4 8.95 70.3
5 01/10/2011 17.3 2.5 9.9 70.1
6 01/11/2011 18.8 3.3 11.05 20.3
7 01/12/2011 16.6 4.0 10.3 98.6
8 01/01/2012 15.2 4.2 9.7 153.9
9 01/02/2012 14 4.1 9.05 93
10 01/03/2012 15.9 3.4 9.65 83.5
11 01/04/2012 15.8 2.6 9.2 42.5
12 01/05/2012 16.6 -0.5 8.05 0
13 01/06/2012 16.2 -1.9 7.15 1.8
14 01/07/2012 16.8 -2.3 7.25 0.2
1.19
16.41
-2.30
18.80
8.80
657.60Precipitacion Anual total
CONDICIONES AMBIENTALES : RESUMEN ANUAL DE TEMPERATURA Y PRECIPITACION
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y MATERIALES
Temperatura minima Promedio Anual °C
Temperatura Maxima Promedio Anual °C
Temperatura Mensual Minimo Absoluta Anual °C
Temperatura Mensual Maximo Absoluta Anual °C
Temperatura Media Anual °C
-4.0
-2.0
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
04/2
011
05/2
011
06/2
011
07/2
011
08/2
011
09/2
011
10/2
011
11/2
011
12/2
011
01/2
012
02/2
012
03/2
012
04/2
012
05/2
012
06/2
012
07/2
012
08/2
012
Temperatura Maxima Temperatura minima
MAXIMA Y MINIMA TEMPERATURA - ESTACION MUÑANI
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
PRECIPITACION
CUADRO 03-01
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CAPITULO IV
DIAGNOSTICO Y EVALUACION
DEL TRAMO
AZANGARO - MUÑANI
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“INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFALTICASEN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI - SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012”
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CAPITULO IV: DIAGNOSTICO Y EVALUACION DEL TRAMO
AZANGARO - MUÑANI
4.1. INTRODUCCION
Definitivamente es un aspecto importante, el conocer los antecedentes de la
vía, pues nos mostrara el cambio o evolución periódica que ha sufrido la
carpeta asfáltica desde su ejecución, a la existente al, determinar las
características de la vía y algunas consideraciones de diseño que se tuvo.
Este proceso de cambios está estrechamente vinculado al desarrollo
poblacional así como su crecimiento demográfico.
4.2 EVALUACION DE LA VIA
4.2.1 TRABAJO DE CAMPO
A) INSPECCION VISUAL
Dentro de nuestro trabajo de investigación se consideran importante la
evaluación visual de la condición en el que el pavimento se encuentra, con la
recopilación de datos reales en campo, por lo que se ha efectuado la
determinación detallada de todos los deterioros y fallas observadas en la
carpeta de rodadura existente (Las fotografías se muestran en Anexos –
Evaluación Visual).
Las dificultades más grandes en este tipo de tareas son, por un lado, la forma
de recoger y procesar en forma conveniente la información y por otro lado la
falta de uniformidad o acuerdo en la terminología a adoptar, por ejemplo el
término “falla”,
El término “falla” en si mismo puede resultar ambiguo, en carpetas asfálticas
dicho término puede emplearse tanto para verdaderos colapsos o para
describir unos simples deterioros. En este sentido el problema se complica a un
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más si se tiene en cuenta que el concepto de deterioro o falla está asociado al
nivel de serviciabilidad.
A mayor cantidad de factores a evaluar estos se traducirán posteriormente en
registrar, analizar, resumir y almacenar la información recabada; en nuestro
caso con fines de elaborar un diseño de mezclas asfálticas que puedan ser
planteadas en caso de que los resultados muestren la optimización de su uso.
La evaluación del estado de la carpeta, fue realizada en forma expeditiva, con
el propósito de caracterizar las condiciones de la carpeta asfáltica, basándose
en la apreciación subjetiva del estado de la superficie y la estructura del mismo
Teniendo en consideración estos aspectos la caracterización del estado de la
superficie de la vía, se ha llevado a cabo considerando tres aspectos:
El relevamiento de las distintas manifestaciones de deterioro
observadas en la superficie (identificación)
Análisis del tipo de falla observada, estableciendo las probables
causas o mecanismos que la han originado (interpretación)
Establecer la condición de servicio del pavimento en base a la
magnitud, extensión, tipo de falla y mecanismo de deterioro, orientado
hacia el futuro empleo de la información (evaluación).
Se realizo la identificación, clasificación, denominación e interpretación de los
distintos deterioros y fallas observadas en la carpeta asfáltica, lo que constituye
en un primer paso para la evaluación. La utilización de estas fichas de
evaluación, reporta numerosas ventajas en las que se pueden mencionar:
Permite definir las diferentes manifestaciones de deterioro.
Se ilustrara con imágenes del estado de la carpeta de rodadura que
nos facilite identificar la fallas
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Las fichas permiten establecer un primer análisis de los mecanismos y
causas que pueden originar la falla, facilitando la interpretación de la
misma.
El trabajo en campo consistió, primeramente en una evaluación visual de todo
el tramo I: Azangaro – Muñani, para identificar y visualizar los problemas y
fallas en la carretera. De lo cual se tiene:
Se detectaron fallas de desprendimiento de material fino, por lo que
todo el agregado grueso de la mezcla asfáltica se encuentra disgregado
en toda la plataforma de la carretera, esta falla se presenta mas critico
en las zonas de curva.
Sectores como 27+740 donde solo existe la capa de imprimación,
porque toda la carpeta asfáltica se desprendió de la via.
Sectores con baches como la 32+270 profundo de 0.25 m y de 0.40m
de diámetro.
De la evaluación visual se puede decir que los problemas a nivel del pavimento
no presenta zonas de falla, pero si es notorio los problemas a nivel de carpeta
asfáltica, como son los desprendimientos de material asfaltico y fallas en la
carpeta asfáltica.
De lo cual se determina que se hará una evaluación deflectometrica con una
viga benkelman de 02 brazos para evaluar toda estructura del pavimento,
Extracción de muestras de carpeta asfáltica de sectores críticos, Para un
lavado asfaltico y determinar los porcentajes de RC-250 utilizados en el mezcla
asfáltica en fría, de los agregados obtenidos se verifica las granulometría de la
vía, así como también Caras fracturadas y chatas y alargadas a los agregados
obtenidos.
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La frecuencia de los ensayos son los siguientes:
Ensayos en la Vía Frecuencia
Inspección Visual Todo el tramo
Evaluación deflectometrica 32 pruebas
Extracción de Muestras 10 muestras
Lavado Asfaltico 10 Lavados
Granulometría de Muestras Obtenidas del Lavado
10 granulometrías
Chatas y Alargadas 01 ensayo General
Caras Fracturadas 01 ensayo General4.3 ENSAYOS EN LA VIA
4.3.1 DEFLEXIÓN Y DETERMINACION DEL RADIO DE CURVATURA DEL
PAVIMENTO FLEXIBLE EMPLEANDO LA VIGA BENKELMAN
PROCEDIMIENTO (20)
Se coloca la viga benkelman sobre el pavimento, detrás del camión,
perpendicular al eje de la carga, de modo que la punta de prueba del
primer brazo coincida con el punto de ensayo y que la viga no roce contra
las llantas de la rueda dual.
Imagen N° 04 – 01
20 () MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000 - SECCION 10 MISCELANEOS – MTC E – 1002 – PAG 02
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Se liberan los seguros de los brazos y se ajusta la base de la viga por
medio del tornillo trasero de manera que los dos brazos de medición
queden en contacto con los diales.
Imagen N° 04 – 02 Se ajustan a los diales de modo que sus vástagos tenga un recorrido libre
que están comprendido entre 4 a 6 mm. Se giran las esferas de los diales
hasta que las agujas queden en cero y se verifica la lectura golpeándolos
suavemente con un lápiz, girar si es necesario y repetir la operación hasta
obtener la posición de cero.
Imagen N° 04 – 03
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Se hace avanzar suave y lentamente el camión; se pone en marcha el
cronometro y se leen los diales cada 60 segundos. Cuándos dos lecturas
sucesivas de cada uno de ellos no difieran en más de 0.01 mm, se da por
finalizada la recuperación, registrándose las ultimas lecturas Observadas
(L0 y L25).
Imagen N° 04 – 04
Con el fin de medir la temperatura del pavimento se realiza un orificio. El
rango de temperatura de trabajo deberá quedar dentro de los siguientes
límites: Limite Inferior 5 °C y limite Superior 35 °C.
Imagen N° 04 – 05
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CALCULOS
La deflexión bajo el eje de carga (DO), se calcula mediante la expresión:
DO=4∗LO (Expresada en 0.01 mm)
Donde: LO es la lectura registrada en el 1° brazo de la viga benkelman
La deflexión a 25 cm del eje de carga (D25), se calcula con la expresión:
D25=4∗L25 (Expresada en 0.01 mm)
El radio de curvatura en el punto de ensayo se calcula con la expresión:
RC= 3125
(D 0−D25 )4.3.2 EXTRACCION CUANTITATIVA DE ASFALTO EN MEZCLAS
PROCEDIMIENTO (21)
Se extrae de la carpeta el material en estudio, una cantidad entre 650 gr. a
2500 gr., dependiendo del tamaño máximo nominal del agregado usado.
Imagen N° 04 – 06
21 () MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000 - SECCION 05 MEZCLAS BITUMINOSAS – MTC E – 502 – PAG 04
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El coloca el material obtenido en la taza del equipo y se cubre con el
solvente tricloroetileno o cloruro metileno y déjese el tiempo suficiente para
que se disuelva y se desintegre (no más de 1 hora).
Imagen N° 04 – 07
Determine el peso del anillo filtrante y ajústese alrededor del borde de la
taza, apriétese la tapa firmemente sobre la taza y colóquese un recipiente
baja el desagüe para recoger el extracto.
Imagen N° 04 – 08
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Iníciese la centrifugación girando lentamente y auméntese gradualmente
la velocidad a un máximo de 3600 rpm, hasta que deje de fluir el solvente
por el desagüe. Déjese que se detenga la maquina y agréguense 200 ml o
cuanto sea apropiado y repítase el procedimiento.
Imagen N° 04 – 09 Remuévase el anillo filtrante de la taza y séquese al aire, Si se emplean
anillos filtrantes de filtro, cepíllese el material mineral adherido a la
superficie. Séquese el anillo hasta el peso constante en un horno 110 °C
con un rango de +- 5°C .
Imagen N° 04 – 05
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Calculo del volumen del asfalto y de los finos en el extracto, con la siguiente fórmula:
V 1=V 2(M 1−M 2
G1)
Donde: V1: Volumen de asfalto y de los finos en el extracto
V2: Volumen del frasco
M1: Masa de los contenidos del frasco
M2: Masa del asfalto y finos en el extracto o masa de la muestra total
menos la masa del agregado extraído
G1: Peso especifico del solvente determinado con aproximación a
0.001Calculo del peso de los finos en el extracto con la siguiente fórmula:
M 3=K (M 2−G3 )Donde: M3 = Masa de los finos en el extracto.
M2 = Masa del asfalto y de los finos en el extracto.
V1 = Volumen del asfalto y de los finos en el extracto.
G2 = Peso específico de los finos.
G3 = Peso específico de asfaltos.
K=G2
G2−G3
Mezcla Asfáltica Normal (MAC) (22)
La gradación de la mezcla asfáltica normal (MAC) deberá responder a alguno de los
siguientes husos granulométricos. Los lavados asfalticos se verificaron con dicha
norma MAC -2.
TamizPorcentaje que pasa
MAC -1 MAC-2 MAC-3
25,0 mm (1”)19,0 mm (3/4”)12,5 mm (1/2”)9,5 mm (3/8”)
4,75 mm (N° 4)2,00 mm (N° 10)425 mm (N° 40)180 mm (N° 80)75 mm (N° 200)
10080 -10067- 8560 - 7743 - 5429 - 45
1g4 - 258 -1704 - 8
-100
80 - 10070 - 8851 - 6838 - 5217- 288 -1704 - 8
---
10065 - 8743 - 6116 - 299 -19
05 - 10
22 Especificaciones Generales para Carreteras EG-2000, Capitulo 4, Sección 410________________________________________________________________________________ BACH. LUIS ALBERTO MAMANI MAMANI - 87 - BACH. DIEL RAMOS MAMANI
PROYECTO : TESIS DE INVESTIGACION DE INCIDENCIAS DEL TIPO DE FILLER EN MEZCLAS ASFALTICASTESISTA : LUIS ALBERTO MAMANI MAMANITESISTA : DIEL RAMOS MAMANI
CARRETERA : AZANGARO - MUÑANI
LADO PROGRE- TEMPERAT. VERIFICACION POR DO
DE LA SIVA AMB. CARP. 10 VALORES CORRIDOS
PRUEBA (Km) (°C) (°C) L0 LF L25 D0 D25 Rc D0 D25 Rc X0(10) s(10) Dc(10)HI
D 38+000 15.7°C 24.2°C 5 1.05 20 13 40 26 223 41 27 217D 37+000 14.4°C 25.1°C 5 1.05 12 8 24 16 391 25 16 382D 36+000 17.8°C 32.3°C 5 1.05 18 9 36 18 174 36 18 176D 35+700 19.1°C 32.3°C 5 1.05 24 9 48 18 104 47 18 105D 34+500 22.9°C 32.8°C 5 1.05 15 10 30 20 313 30 20 317D 31+200 17.8°C 36.1°C 5 1.05 25 18 50 36 223 49 35 230D 28+600 15.6°C 29.8°C 5 1.05 16 10 32 20 260 32 20 260D 22+400 14.2°C 26.8°C 5 1.05 23 13 46 26 156 47 26 154D 20+000 10.2°C 14.8°C 5 1.05 10 7 20 14 521 22 15 483D 17+000 10.8°C 18.2°C 5 1.05 12 7 24 14 313 25 15 295 35 10.19 52D 12+000 11.5°C 23.3°C 5 1.05 21 10 42 20 142 43 21 138 35 10.35 52D 10+400 11.9°C 26.2°C 5 1.05 20 11 40 22 174 41 22 170 37 9.70 53D 9+800 12.4°C 23.3°C 5 1.05 18 10 36 20 195 37 21 189 37 9.68 53D 7+600 11.3°C 24.1°C 5 1.05 20 11 40 22 174 41 23 169 37 9.13 52D 4+400 12.0°C 24.8°C 5 1.05 18 9 36 18 174 37 18 169 37 22 226D 2+900 14.0°C 26.7°C 5 1.05 16 9 32 18 223 33 18 220 37 21 225
I 37+500 15.1°C 23.8°C 7.5 1.05 21 10 42 20 142 43 20 139I 36+500 17.5°C 25.5°C 7.5 1.05 22 10 44 20 130 44 20 129I 35+300 17.4°C 32.1°C 7.5 1.05 18 8 36 16 156 35 15 162I 33+800 17.2°C 33.1°C 7.5 1.05 13 8 26 16 313 25 15 327I 29+000 19.3°C 33.7°C 7.5 1.05 12 9 24 18 521 23 17 547I 23+000 17.0°C 29.3°C 7.5 1.05 12 10 24 20 781 24 20 796I 21+800 10.8°C 18.2°C 7.5 1.05 12 8 24 16 391 26 17 367I 19+500 9.5°C 15.1°C 7.5 1.05 12 9 24 18 521 26 20 478I 14+300 11.6°C 20.9°C 7.5 1.05 19 10 38 20 174 40 21 166 32 8.78 46I 12+150 11.8°C 21.5°C 7.5 1.05 20 10 40 20 156 42 21 150 33 8.85 47I 11+900 11.5°C 22.0°C 7.5 1.05 18 8 36 16 156 37 17 151 32 8.29 46I 10+950 11.6°C 22.6°C 7.5 1.05 22 9 44 18 120 45 19 117 32 8.45 46I 10+000 11.6°C 22.5°C 7.5 1.05 16 10 32 20 260 33 21 253 32 8.41 46I 6+500 12.0°C 23.6°C 7.5 1.05 10 8 20 16 781 20 16 764 32 8.92 46I 3+700 13.1°C 24.0°C 7.5 1.05 18 12 36 24 260 37 24 255 33 8.49 47I 1+500 12.7°C 28.3°C 7.5 1.05 20 5 40 10 104 40 10 105 35 8.03 48
ES
TA
C
ION
AL
.
ES
PE
S
OR (LECTURAS EN 0.01 mm) (DEFL. EN 0.01 mm)
AMBOS CARRILES DATOS DE CAMPO CALCULADOS CORREGIDOS
(DEFL. EN 0.01 mm)
DEFLECTOMETRIA DE LA CARPETA ASFALTICA AZANGARO - MUÑANI
CARRIL IZQUIERDO
CARRIL DERECHO
CUADRO 04-01
PULGADAS mm
3/4" 19.05 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.0 100.0 SI CUMPLE
1/2" 12.70 95.35 96.42 93.81 93.92 96.19 93.92 89.13 86.59 95.98 98.17 93.95 100.0 80.0 SI CUMPLE
3/8" 9.53 88.50 86.76 84.23 85.49 87.18 83.61 82.25 79.69 89.87 95.14 86.27 88.0 70.0 SI CUMPLE
No 4 4.75 65.59 62.52 62.89 63.88 63.94 62.14 59.92 58.02 65.11 70.23 63.42 68.0 51.0 SI CUMPLE
No 8 2.36 51.08 48.73 49.33 49.48 49.61 48.40 49.20 46.65 44.99 64.56 50.20 52.0 38.0 SI CUMPLE
Nº16 1.19 42.38 40.98 41.49 46.03 41.39 40.51 41.37 38.17 37.17 44.16 41.36 -
No 30 0.60 32.74 32.05 32.37 37.49 32.15 31.23 31.41 29.01 29.01 36.32 32.38 40.0 27.0 SI CUMPLE
No 50 0.30 17.82 16.91 16.99 21.63 17.63 16.03 17.93 15.51 23.06 20.52 18.40 -
No 100 0.15 5.27 5.09 4.98 11.35 4.35 4.18 4.70 4.92 9.44 8.53 6.28 -
No 200 0.07 2.32 3.59 2.46 8.61 2.83 1.91 3.01 2.26 7.04 6.42 4.04 8,0 4.0 SI CUMPLE0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
4.70% 3.98% 3.62% 3.43% 7.98% 3.02% 3.90% 3.24% 4.38% 4.62% 4.29%
% ARENA LAVADA 63.27 58.94 60.44 55.28 61.12 60.23 56.91 55.76 58.06 58.13 58.81
% GRAVA INTEGRAL 34.41 37.48 37.11 36.12 36.06 37.86 40.08 41.98 34.89 35.44 37.14
% FILLER 2.32 3.59 2.46 8.61 2.83 1.91 3.01 2.26 7.04 6.42 4.04
PROYECTO
SECTOR
TESISTAS
PUNTOS DE CONTROL
: D. R. M.
: KM 14+700 AL KM 30+000
: L. A. M. M.
EVALUACION DE LA GRANULOMETRIA DEL ENSAYO DE LAVADO ASFALTICO:TESIS DE INVESTIGACION DE INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN LA PROPUESTA DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI – SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012
TRAMO : MUÑANI - SAYTOCOCHA
Resultados obtenidos del lavado asfaltico realizado en el laboratorio
% DE ASFALTO
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 02
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 03
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 04
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 05
BANDEJA
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 01
COLCLUSION
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 09
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 10
PROMEDIOTAMICES
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 07
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 08
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M - 06
PROMEDIOMATERIAL QUE PASA
EN (%)
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
RESULTADOS
TESISTAS
MATERIAL QUE PASA
EN (%) M
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
MATERIAL QUE PASA
EN (%)
CUADRO 04-02
CUADRO 04-03
“INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFALTICASEN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI - SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012”
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Ahora con el promedio de las granulometrías obtenidas de los lavados asfalticos
podemos estimar el contenido óptimo, minimo y máximo del RC- 250.
CUADRO 04 -04
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CUADRO : 04-06CHATAS Y ALARGADAS
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CUADRO : 04-07
CARAS FRACTURADAS MTC – E210, ASTM D 5821
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4.4 CONCLUSIONES:
1. De la evaluación visual que se realizo en el tramo – I, se aprecio el
desprendimiento de los agregados. Lo que origino, que en determinados
tramos se obtenga espesores menores a 1”. Asi como problemas de fallas
como piel de cocodrilo, ahuellamientos, segregación de mezcla asfaltico y
exudación y en los más críticos solo queda como carpeta de rodadura la
imprimación ( Ver Anexos: Inspeccion Visual )
2. De la evaluación con la viga benkelman dio como resultados que el tramo no
presenta problemas serios de deflexión, solo son unos pequeños puntos los
que dieron resultados menores al deflexión admisible (92.2x10-2mm), pero
existen tramos como 37+000, 34+500, 20+000, 33+800, 29+000, 23+000,
21+800, 19+800, 6+500 donde el radio de curvatura (3.10 mm) esta pasa los
admisibles, pero no es un problema estructural para el pavimento. (Ver cuadro
04-01).
3. Los lavados asfalticos dieron como resultado diferentes % de asfalto los cuales
solo la muestra M-1 pasa por los requerimiento de diseño mediante áreas
equivalentes, Los demás porcentajes están desfasados de los rangos
previstos. (Ver cuadro 04-03 )
4. La Curva granulométrica obtenida del lavado asfaltico, cumplen con la MAC -02
De la EG -2000, pero sus caras fracturadas, chatas alargadas no cumplen con
dicha norma por lo cual también es una falla de diseño. (Ver cuadro 04-07 )
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CAPITULO V
METODOLOGIA DE LA
INVESTIGACION
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CAPITULO V: METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION
5.1 HIPOTESIS DE LA INVESTIGACION
5.1.1 HIPOTESIS GENERAL DE LA INVESTIGACION
A. HIPOTESIS Y VARIABLES
A.1 HIPOTESIS GENERAL
Los diferentes tipos de filler inciden directamente en propiedades como
estabilidad, fluencia, tracción indirecta y adherencia en una mezcla asfáltica en
caliente.
A.2 HIPOTESIS ESPECÍFICAS
La cal hidratada mejora las propiedades de cohesión y adherencia en la
propuesta de diseño de mezcla asfáltica en caliente
El cemento portland mejora la estabilidad y fluencia en la propuesta de
diseño de mezclas asfálticas en caliente
El filler sílico mejora las propiedades de estabilidad, tracción adherencia
y cohesión medianamente
5.2 VARIABLES COMO INDICADORES DE CONTROL
INDEPENDIENTE : Tipos de filler (cal hidratada, cemento portland,
filler sílico y Sin filler)
DEPENDIENTE : Diseño de mezcla asfáltica en caliente
INDICADORES| : - Estabilidad (en kg)
- Fluencia en (mm)
-Tracción Indirecta.(kg/cm2)
- Adherencia (%)
5.3 UNIDAD DE ANALISIS PARA LA INVESTIGACION
5.3.1 POBLACION
La población es representada por nuestra elección de cantera. La población
considerada son las canteras propias de la zona de influencia de la carretera
del tramo II.
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La cantera Viluyo para los agregados pétreos y el rio Azángaro son los únicos
que cumplen con las especificaciones y criterios para la producción de mezclas
asfáltica en caliente. En los anexos se muestran los certificados de los ensayos
realizados a los agregados.
5.3.2 MUESTRA
La muestra está representada por el número de especímenes preparados para
realizar los ensayos de laboratorio conforme al diseño cuasi - experimental
planteado “los grupos intactos: conjuntos de sujetos (muestras), donde no se
asignan de manera aleatoria sino que se emparejan antes del experimento o ya
están dados por normas y/o criterios” (23).
Es así que se practico un muestreo referencial conforme al diseño de la
investigación y de acuerdo a las especificaciones y normas de los ensayos.
Dado que estas pruebas ya fueron verificadas mediante pruebas estadísticas de
desviación estándar y varianza de los resultados, es por eso que el número de
muestras será para tres tipos de filler (cal hidratada, cemento portland, filler
silico) y uno sin filler.
Tabla N° 05 - 01
VARIABLES ESTABILIDAD FLUENCIATRACCION INDIRECTA
ADHERENCIADISEÑO
MARSHALL
N° de muestras
16 16 40 12 21
5.4 TIPO DE MATERIAL EXPERIMENTAL PARA LA INVESTIGACION
La unidad experimental para este es el espécimen o probeta, que son los objetos
a los cuales se han aplicando los experimentos y tratamientos.
Los especímenes, han sido preparados a través de una combinación de
agregados minerales, de acuerdo a las proporciones que se especifican en los
23() ROBERTO HERNANDEZ SAMPIERI, METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION
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diseño, con cemento asfaltico PEN 120-150 y con proporciones de aditivos,
conforme al diseño experimental planeado que se describe en adelante.
5.5 METODOS, TECNICAS, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE
VERIFICACION
Manteniendo en mente, los objetivos de la investigación del presente trabajo,
este diseño experimental fue orientado para determinar las incidencias de los
tipos de filler en el diseño de mezclas asfálticas en caliente, Las operaciones
principales realizadas durante el proceso de la elaboración del estudio se
describen a continuación:
Revisión Bibliográfica :
Administración
Logístico
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Tabla N° 05 - 02
ACTIVIDADES MATERIALES EQUIPOS Y OTROS
I. REVISION BIBLIOGRAFICA
Diseño de mezclas asfálticas - método MarshallTextos de
internet, revistasNo corresponde
II. ADMINISTRATIVO
Diseño de mezclas asfáltica método Marshall Papelería, Material
fotográfico
Solicitudes y trámites administrativos Evaluación de equipos mínimos para la ejecución
del experimento
III. LOGISTICO
Adquisición del Cabezal Lottman
Asfalto, Aditivos y filler's
Equipos e instrumentos ,
bomba de vacios Adquisición de Insumos de laboratorio
Alquiler de Equipos para la evaluación del tramo - IIV. ENSAYOS DE EVALUACION Y DIAGNOSTICO DEL TRAMO - I Evaluación visual del tramo I , de las fallas en la carretera y condiciones de diseño Muestras
representativas de Agregados
Viga Benkelman de 02 brazos, y
extractor de asfalto Evaluación deflectometrica de la vía
Evaluación mediante lavado asfaltico de la vía
V. ENSAYOS NO CONVENCIONAL EN AGREGADOS MINERALES
Petrografía de agregados
Adherencia de los agregados
VI. EJECUCION DEL DISEÑO CUASI – EXPERIMENTAL
Provisión de materiales experimentales
Agregados, cemento Asfaltico,
Aditivos, fillers, filtros y
disolventes
Equipo Marshall, Bomba de vacios, Tamices, Horno,
Cocina y Baño Maria
Selección de diseños de antecedentes
Ensayos rutinarios en materiales
Fabricación de especímenes de prueba
Condicionamiento de los especímenes
Ensayos rutinarios en materialesVII. DISEÑO ESTADISTICO
Organización y tabulación de datos
Computadoras y
calculadoras Diseño estadístico y elección de método
VIII. ANALISIS DE RESULTADOS
Diseño estadístico y elección de método
Computadoras y calculadoras
Prueba de Hipótesis
IX. REDACCION DE INFORME FINAL
Redacción preliminar
Computadoras y calculadoras Redacción definitiva
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CAPITULO VI
DESARROLLO DE
LA INVESTIGACION
CAPITULO VI: DESARROLLO DE LA INVESTIGACION
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6.1. INTRODUCCION
El desarrollo de nuestro trabajo de investigación está basado en la metodología
de investigación que se plantea en el capitulo V. el cual nos dirige a la
realización de ensayos de laboratorio, para obtener datos que serán
relacionados directamente con nuestras hipótesis de estudio; para lo cual será
necesario recopilar información adicional de evaluación y diagnostico de los
conceptos asfalticos en uso.
6.2. METODO EXPERIMENTAL PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS
6.2.1 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Principalmente está basado en las variables de estudio que se han plantea
anteriormente, para la cual será muy necesario considerar la operacionalidad
de las mismas, pues estratégicamente serán utilizadas en nuestra
investigación.
Para el desarrollo de esta metodología será necesario seguir una secuencia
adecuada, el cual permita su buena aplicación.
6.2.2 SELECCIÓN, EXTRACCION Y ABASTECIMIENTO DE MATERIALES
El abastecimiento de materiales se realizo de acuerdo al requerimiento de la
investigación, ya que se toma como referencia principal los trabajos de
pavimentación en caliente de vías en las que se usan estos materiales.
6.2.2.1 JUSTIFICACION DE LA SELECCIÓN DEL TIPO DE ASFALTO
A. CEMENTO ASFALTICO PEN 120 – 150 (24)
Básicamente la selección del tipo de asfalto usado en nuestro trabajo de
investigación, se debió a que el cemento asfaltico está siendo usado con
más frecuencia en la construcción de pavimentos flexibles debido a las
propiedades que brinda.
24 ( ) ESPECIFACIONES TECNICAS GENERALES PARA CARRETERAS EG – 2000, CAP 4 SUELOS Y PAVIMENTOS – SECCION 400 – PAG. 2
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La selección del cemento asfaltico, específicamente CA: 120 – 150, se hizo
en función a las ventajas que nos ofrecía y en el uso específico que se le
puede dar.
Tipo de Cemento Asfáltico Clasificado según Penetración
Tabla N° 06 - 01
Temperatura Media Anual
24°C o más 24°C – 15°C 15°C - 5°C Menos de 5°C
40 – 50, 60-70 ó
Modificado60-70
85 – 100120 – 150
Asfalto Modificado
El cemento asfaltico se selecciono de acuerdo al tipo de grado de
penetración, este producto depende en gran parte del agregado que se
usara, condiciones climáticas y método de mezclado, usualmente el tipo de
agregado es la que determina el tipo de producto asfaltico a usar, mientras
que las condiciones ambientales y el método de mezclado determinan el
grado del cemento asfaltico.
Por el grado de viscosidad que se tiene, ya que este permite ser aplicado
en zonas de altura y de clima frio.
El endurecimiento de la carpeta asfáltica es relativamente rápido, después
de su aplicación en obra.
Conocer el comportamiento del cemento asfaltico con diferentes fillers en
un diseño de mezclas
B. AGREGADOS MINERALES
Los agregados minerales son materiales de suma importancia en la
preparación de mezclas asfálticas ya que muchas veces, depende de este
material para que una mezcla asfáltica cumpla con las condiciones de uso,
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por lo que se es necesario conocer la propiedades de las mismas para su
aplicación e incluso verificar mediante ensayos de laboratorio.
B.1 RELLENO MINERAL
El relleno mineral o filler de origen mineral, que sea necesario emplear ya
sea como relleno de vacios, específicamente del asfalto o como mejorador
de adherencia al par agregado – asfalto (mezcla asfaltica), para nuestro
caso es la cal hidratada, cemento portland, filler sílice y un caso sin filler.
La cantidad a utilizar esta definido en la etapa de diseño de mezclas,
según el método Marshall.
C. ENSAYOS DE AGREGADOS PREVIO AL DISEÑO EXPERIMENTAL
La adecuación de los agregados para su utilización en mezclas asfálticas
se determino por los resultados de los siguientes ensayos.
C.1 GRANULOMETRIA
El ensayo granulométrico de cada una de los agregados que conforman
la mezclas, es un índice para determinar cuantitativamente, los tamaños
de partículas de agregados gruesos, intermedios y finos de un material,
por medio de tamices seleccionados, dependiendo de las
especificaciones para usos del material que está siendo ensayado; esto
permitirá realizar os tanteos correspondientes de la proporción de cada
material agregado ( grueso, fino y filler ) que se utilizara; el cual será
ajustado a las especificaciones técnicas que se use para el diseño de
mezclas respectivo.
C.2 GRAVEDAD ESPECÍFICA Y ABSORCION
Este ensayo es muy importante para nuestro diseño experimental,
describe el procedimiento que debe seguirse para la determinación de los
pesos específicos aparente y nominal, así como la absorción, después de
24 horas de sumergido en agua de los agregados.
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VOLÚMENES APARENTES Y NOMINALES
Es un sólido permeable, si se incluye en su volumen la parte de vacios
accesibles al agua en las condiciones que se establezcan, se define el
volumen denominado “aparente” si se incluye este volumen de vacios, al
volumen resultante, se denomina “nominal”
PESO ESPECIFICO APARENTE Y NOMINAL
Para agregados se define el peso específico aparente como la relación
entre el peso al aire del sólido y el peso del agua, correspondiente a su
volumen aparente y peso específico nominal la relación entre el peso al
aire del sólido y el peso del agua correspondiente a su volumen nominal.
C.3 PARTICULAS DE CARAS FRACTURADAS
Describe el procedimiento para determinar el porcentaje, en peso del
material que presenta una, dos o más caras fracturadas de las muestras
de agregados pétreos
C.4 PARTICULAS CHATAS ALARGADAS
El porcentaje de las mismas definirán la trabajabilidad y resistencia final de
la mezcla y determinar la adherencia del asfalto
C.5 EQUIVALENTE DE ARENA
Nos indica la proporción relativa del polvo fino o materiales arcillosos
contenidos en los áridos que son perjudiciales para las mezclas asfálticas.
Todos estos ensayos están resumidos en las siguientes tablas (25)
REQUERIMIENTO PARA AGREGADOS GRUESOS
TABLA N° 06 - 02
25 ( ) ESPECIFACIONES TECNICAS GENERALES PARA CARRETERAS EG – 2000, CAP 4 SUELOS Y PAVIMENTOS – SECCION 410
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ENSAYOS NORMA
REQUERIMIENTO
ALTITUD (M.S.N.M.)
< 3000 > 3000
Durabilidad (al Sulfato de Sodio) MTC E 209 12% máx. 10% máx.
Durabilidad (al Sulfato de Magnesio)
18 máx. 15% máx.
Abrasión Los Ángeles MTC E 207 40% máx.. 35% máx.
Índice de Durabilidad MTC E 214 35% mín. 35% mín.
Partículas chatas y alargadas MTC E 221 10% máx. 10% máx.
Caras fracturadas MTC E 210 Según Tabla N° 06 -03
Sales Solubles Totales MTC E 219 0.5% máx. 0.5% máx.
Absorción MTC E 206 0.01 Según Diseño
Adherencia MTC E 519 95
REQUERIMIENTOS PARA CARAS FRACTURADAS
TABLA N° 06 - 03
Tráfico en Ejes Equivalentes Espesor de Capa
(millones) < 100 mm > 100 mm
≤ 3 65/40 50/30
> 3 – 30 85/50 60/40
> 30 100/80 90/70
REQUERIMIENTO PARA AGREGADOS FINOS
TABLA N° 06 – 04
Ensayos Norma
Requerimiento
Altitud (m.s.n.m.)
< 3000 > 3000
Equivalente de Arena MTC E 209 Según Tabla 06 – 04
Angulosidad del agregado fino MTC E 222 Según Tabla 06 – 06
Adhesividad (Riedel Weber) MTC E 220 4% mín. 6% mín.
Índice de Plasticidad (malla N°40) MTC E 111 NP NP
Índice de Durabilidad MTC E 214 35 mín. 35 mín.
Índice de Plasticidad (malla N°200) MTC E 111 Max 4 NP
Sales Solubles Totales MTC E 2190.5% máx.
0.5% máx.
Absorción MTC E 205 0.50% Según Diseño
REQUERIMIENTOS DEL EQUIVALENTE DE ARENATABLA N° 06 - 05
Tráfico en Ejes Equivalentes Porcentaje de Equivalente Arena (mínimo)
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(millones)
≤ 3 45
> 3 – 30 50
> 30 55
ANGULARIDAD DEL AGREGADO FINO
TABLA N° 06 – 06
Tráfico en Ejes Equivalentes Espesor de Capa
(millones) < 100 mm > 100 mm
≤ 3 30 mín. 30mín.
> 3 – 30 40 mín. 40 mín.
> 30 40 mín. 40 mín.
6.3 DESARROLLO EXPERIMENTAL DEL METODO MARSHALL CON
DIFERENTES TIPOS DE FILLERS
Se presenta los trabajos de laboratorio, donde en una primera etapa se verifico
las propiedades y características de materiales (asfalto – agregado),
realizándose ensayos de laboratorio donde se realizo un diseño patrón de
mezclas en caliente y en donde se vario tres tipos de filler
El diseño granulométrico cumple con la banda granulométrica de las
especificaciones de la AASHTO, para un tamaño máximo nominal del agregado
igual a ½”.
6.3.1 CRITERIOS PARA LA DOSIFICACION DE MATERIALES
Primero se hizo el diseño granulométrico mediante la combinación de los
diferentes tamaños de los agregados, los mismos que son controlados por las
especificaciones de banda granulométrica (Tamaño Máximo Nominal de ½”) de
la AASHTO, dichos ensayos se encuentran en el capitulo IX. Donde se
muestran las cantidades de porcentaje de peso de los agregados para el
diseño granulométrico patrón, para ser combinado con el cemento asfaltico.
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Nota: Los presentes datos de Granulometria son de los Anexos de Estudio de
Agregados de Cada uno de los Componentes.
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Una vez obtenida la cantidad de agregados se identifica el porcentaje de
cemento asfaltico que será usado en el diseño mezclas. El porcentaje de
asfalto será de acuerdo a nuestra gradación que se tiene de la combinación de
agregados y de acuerdo a las especificaciones de granulometría de la
AASHTO.
, Para la gradación se usaran diferentes contenidos de asfalto con incrementos
0.5 % en peso entre ellos, requiriéndose al menos dos contenidos de asfalto
por encima y por debajo del contenido optimo teórico de asfalto de ese orden
especifico.
Formula de obtención del contenido de inicio de asfalto se obtiene mediante
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6.3.2 PREPARACION DE LAS PROBETAS PARA EL DISEÑO PATRON DE
MEZCLA EN CALIENTE (26)
Se prepararon 03 probetas para cada grupo de un mismo contenido de asfalto,
incrementándose 0.5 % en peso el cemento asfaltico, empezando la
dosificación con 4.5 % de cemento; haciendo un total de 21 probetas.
Las probetas cilíndricas fueron de 101.6 mm (4”) de diámetro y 63.5 mm (2 ½”)
de altura, rompiéndolas posteriormente en la prensa Marshall y determinando
su estabilidad y deformación.
El procedimiento se inicia con la preparación de probetas de ensayo, para lo
cual los materiales propuestos deben cumplir con las especificaciones de
granulometría y demás fijadas para la investigación.
Para la determinación del porcentaje óptimo de asfalto de una gradación de
agregados dada se deberá elaboro una serie de probetas con distintos
porcentajes de asfalto, de tal manera que al graficar los valores obtenidos en
los diferentes cuadros y compararlos con las especificaciones nos permita
obtener un valor optimo.
26 () MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000 - SECCION 05 MEZCLAS BITUMINOSAS – MTC E – 504 – PAG 01
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6.3.3 EQUIPOS REQUERIDOS
MOLDES DE COMPACTACION
Consiste en una placa base, molde y collar de extensiones cilíndricas. El
molde debe tener un diámetro inferior de 101.6 mm (4 pulgadas) y una
altura de 76.2 mm (3 pulgadas). La placa base y el collar se ajustan a
cualquier extremo del molde.
Imagen N° 06 - 01 EXTRACTOR DE PROBETAS
Este elemento de acero en forma de disco con diámetro de 100 mm y de
13 mm de espesor, es utilizado para extraer la probeta compactada del
molde con ayuda del collar de extensión.
Imagen N° 06 – 02
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MARTILLO DE COMPACTACION
Consiste en un dispositivo de acero formado por una base plana circular de
98.4 mm de diámetro y un pisón de 4.53 kg (10 lb) de peso total, montado
en forma que proporcione una altura de caída de 457.2 mm (18”)
Imagen N° 06 – 03 PEDESTAL DE COMPACTACION
Consiste en una pieza prismática de madera de base cuadrada de 203 mm
de lado y 457.2 mm de altura (8” x 8” x 18”) y provista de en su cara
superior de una plantilla cuadrada de acero de 304.8 mm de lado por 25.4
mm de espesor (12” x 12” x 1”)
Imagen N° 06 - 04
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HORNO
Para calentar los agregados, materiales asfalticos se utilizara el horno
eléctrico, provisto de de controles termostáticos, capaz de mantener la
temperatura requerida.
Imagen N° 06 - 05
PRENSA MARSHALL
Aparato eléctrico diseñado para aplicar carga a las probetas durante el
ensayo a una velocidad de deformación de 50 ± 1 mm por minuto. Está
equipado con un anillo de prueba calibrado para determinar la carga
aplicada de una capacidad superior a 25 KN y una sensibilidad de 45 KN
con un dial graduado de 0.0025 mm para determinar la deformación que se
produce en l carga máxima. Se pude emplear este equipo con censor y
registrador de Estabilidad v/s fluencia.
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Imagen N° 06 - 06
LAVADORA TERMICA PARA EL BAÑO MARIA
De al menos de 150 mm de profundidad termostáticamente a 60 ± 1°C. El
estanque debe tener un fondo perforado y un termómetro centrado y fijo.
Imagen N° 06 - 07
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“INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFALTICASEN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI - SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012”
_____________________________________________________________________________________________
EQUIPOR VARIOS
o Bandejas para obtener la mezcla de los agregados con el asfalto
Imagen N° 06 – 08
o Termómetros de 200 ± 10 °C, para determinar la temperatura
Imagen N° 06 - 09
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o Balanzas con una capacidad de 5 kg ± 1gr
Imagen N° 06 - 10
o Guantes de goma y cuero
Imagen N° 06 - 11
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o Mascarillas y respiradores
Imagen N° 06 - 12
6.3.4 ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA MARSHALL (27)
Una vez elaborada las probetas se colocan en un baño de agua a 60 ± 1°C
durante 30 a 40 minutos. Antes de ensayar se limpia completamente la
mordaza del equipo Marshall. La temperatura de este debe mantenerse entre
21 y 38°C, usando un baño de agua si es necesario.
Se retira la probeta del agua y cuidadosamente se seca la superficie. Luego la
probeta se coloca y se centra en la mordaza del aparato de carga Marshall.
Se aplica la carga a la probeta a una velocidad constante de 50 ± 1 mm por
minuto, hasta que se produzca la falla. La falla máxima queda definida por la
carga máxima obtenida. Se define la estabilidad Marshall como el número total
de newton (N) necesarios para producir la falla de la probeta.
27( ) MANUAL DE ENSAYO DE MATERIALES EM – 2000, - SECCION 05 MEZCLAS BITUMINOSAS – MTC E – 504
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A medida que avanza el ensayo de estabilidad se sujeta firmemente el medidor
sobre la barra guía y se retira cuando se produzca la carga máxima, se toma la
lectura y se anota. Esta lectura es el valor de fluidez de la probeta expresada
en unidades de 0.25 mm (1/100”). El procedimiento completo para la
estabilidad y fluencia, comienza desde el momento en que se retira la probeta
de agua y no debe durar más de 30 segundos.
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CAPITULO VII
ANALISIS E INTERPRETACION
DE RESULTADOS
CAPITULO VII: ANALISIS E INTERPRETACION DE
RESULTADOS
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7.1 DISTRIBUCION ESTADISTICA “T” (28)
Para nuestra Investigación se uso la prueba estadística “T DE STUDENT’S” o
distribución “T”, la prueba se usa para muestra pequeñas de menor o igual a 30
observaciones que tiene las siguientes características.
a) La distribución “T” es más extendida y menos aguda en el centro que la
distribución normal estándar.
b) No hay una distribución sino más bien una familia de distribuciones “T”,
todas tienen desviaciones estándar diferentes.
c) Los valores críticos de “T” para un nivel de significación dado son de
mayores magnitudes que los valores críticos de Z correspondientes.
d) La prueba necesita de un grupo de control y un grupo experimental para el
procesamiento de los datos.
VARIABLES DE PRUEBA
ESTABILIDAD
1 Cal Hidratada Cemento Portland
2 Cal Hidratada Filler Silico
3 Cal Hidratada Sin Filler
FLUENCIA
1 Cal Hidratada Cemento Portland
2 Cal Hidratada Filler Silico
3 Cal Hidratada Sin Filler
TRACCION IND.
GCS
1 Cal Hidratada Cemento Portland
2 Cal Hidratada Filler Silico
3 Cal Hidratada Sin Filler
TRACCION IND.
GSS
1 Cal Hidratada Cemento Portland
2 Cal Hidratada Filler Silico
3 Cal Hidratada Sin Filler
ADHERENCIA
1 Cal Hidratada Cemento Portland
2 Cal Hidratada Filler Silico
3 Cal Hidratada Sin Filler
28 ( ) ESTADÍSTICAS PARA ADMINISTRACIÓN Y ECONOMÍA – ROBERT MASON Y DOUGLAS - EDITORIAL TITIKAKA – PUNO 2004
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Para esto por bibliografía se recomienda usar la variable que comúnmente se
usa y se aplica, para nuestro caso será la cal hidratada como grupo de control
y el procedimiento de evaluación será el siguiente:
Se hizo las pruebas estadísticas para cada variable y tipo de filler, Tomando
como grupo de control a la Cal hidratada y Grupo experimental a los demás
filler.
7.2 PRUEBA DE HIPOTESIS ESTADISTICA DE LA INVESTIGACION
A. PLANTEAMIENTO DE LAS HIPOTESIS. Tomando en cuenta la hipótesis
general se tiene la siguiente formulación.
A.1 PRIMERA HIPOTESIS
HO = El cambio de la cal hidratada por el cemento portland no influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
H1 = El cambio de la cal hidratada por el cemento portland influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
Donde: Ho: Hipótesis nula
H1: Hipótesis alterna
A.2 SEGUNDA HIPOTESIS
HO = El cambio de la cal hidratada por el filler silico no influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
H1 = El cambio de la cal hidratada por el filler silico influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
Donde: Ho: Hipótesis nula
H1: Hipótesis alterna
A.3TERCERA HIPOTESIS
HO = El cambio de la cal hidratada por ningún filler no influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
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H1 = El cambio de la cal hidratada por ningún filler influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
Donde: Ho: Hipótesis nula
H1: Hipótesis alterna
B. NIVEL DE SIGNIFICANCIA
En la presente investigación se asume el nivel de significancia de 0.05 de
margen de Error (0.05 que es igual al 5 %)
C. DETERMINACION DE LA DISTRIBUCION
Se Utilizo la prueba estadística de la t de student’s, Ya que dicha prueba es
utilizada cuando la muestra es menor a 30 datos.
D. CALCULO ESTADISTICO DE LA PRUEBA
Para ello se toma en cuenta los siguientes datos: Aplicando la formula de T de
Student’s:
E. ESQUEMA DE LA PRUEBA29
En estadística, grados de libertad es un estimador del número de categorías
independientes en una prueba particular o experimento estadístico.
29 Diseños Estadísticos Aplicados a la Educación, Pag. 207, Segunda Edicion - 2004________________________________________________________________________________ BACH. LUIS ALBERTO MAMANI MAMANI - 124 - BACH. DIEL RAMOS MAMANI
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F. TOMA DE DECISIÓN
El último paso en la prueba de hipótesis es la toma de decisión de aceptar o
rechazar la hipótesis nula. De acuerdo a la prueba de distribución t se tiene que
cumplir la siguiente regla: -Tt > Tc > Tt ; Si se cumple se Acepta la hipótesis
Nula Ho y se rechaza la Hipótesis Alterna H1, En el caso que no se cumpla
dicha regla. Entonces se Rechaza la la Hipótesis Nula Ho y se Acepta la
Hipótesis Alterna H1.
7.3 PROCESAMIENTO DE LOS DATOS DE LA INVESTIGACION
7.3.1 VARIABLE ESTABILIDAD MARSHALL:
El calculo de la variable “Tc” para el grupo de control de la “Cal Hidratada” y como
Grupo Experimental Al “Cemento Portland”
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El mismo procedimiento se realiza para el filler Silice y para sin filler Tt: 2.447
VARIABLESTIPO DE FILLER
CAL HIDRATADA
CEMENTO PORTLAND
FILLER SILICE
SIN FILLER
ESTABILIDAD
1 860.00 1209.00 1054.00 715.002 890.00 1159.00 1066.00 812.003 900.00 1142.00 1023.00 703.004 875.00 1162.00 1058.00 722.00
n 4.00 4.00 4.00 4.00MEDIA 881.25 1168.00 1050.25 738.00
MEDIANA 882.50 1160.50 1056.00 718.50VARIANZA 306.25 824.67 354.92 2495.33
DESVIACION ST. 17.50 28.72 18.84 49.95Tc -84.359 -56.070 34.884
Grados de Libertad 6 6 6 6
CUADRO 07-01
Nota: Los datos presentados en los cuadros, son los resultados obtenidos de los
ensayos, los cuales se presentan en los anexos de “Ensayos Marshall”.
7.3.2 VARIABLE FLUJO MARSHALL: G.L.= 6 Grados, se tiene Tt = 2.447.
CUADRO 07-02
VARIABLESTIPO DE FILLER
CAL HIDRATADA
CEMENTO PORTLAND
FILLER SILICE
SIN FILLER
FLUENCIA
1 4.20 4.50 4.75 3.502 4.50 4.00 5.50 3.753 4.60 4.50 4.50 3.004 4.80 4.25 5.10 3.25
n 4.00 4.00 4.00 4.00MEDIA 4.53 4.31 4.96 3.38
MEDIANA 4.55 4.38 4.93 3.38VARIANZA 0.06 0.06 0.19 0.10
DESVIACION ST. 0.25 0.24 0.43 0.32Tc 0.608 -1.057 3.039
Grados de
Libertad 6 6 6 6
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7.3.3 VARIABLE TRACCION INDIRECTA: G.L =8 , tiene Tt = 2.306.
GRUPO EN CONDICIONES SECAS
CUADRO 07-03
VARIABLESTIPO DE FILLER
CAL HIDRATADA
CEMENTO PORTLAND
FILLER SILICE
SIN FILLER
TRACCION IND
1 4.03 4.68 4.13 3.522 4.97 4.30 4.91 3.903 4.37 4.24 5.38 3.894 4.38 4.45 4.36 3.935 4.51 4.24 4.67 3.71
n 5.00 5.00 5.00 5.00MEDIA GSS 4.45 4.38 4.69 3.79
MEDIANA GSS 4.38 4.30 4.67 3.89
VARIANZA GSS 0.12 0.04 0.24 0.03
DESV. STD GSS
0.34 0.19 0.49 0.17
Tc 0.216 -0.585 2.065
Grados de Libertad
8 8 8 8
PORCENTAJE 98.4% 105.3% 85.1%
GRUPO EN CONDICIONES HUMEDAS:
CUADRO 07-04
VARIABLESTIPO DE FILLER
CAL HIDRATADA
CEMENTO PORTLAND
FILLER SILICE
SIN FILLER
TRACCION IND
1 0.72 0.63 0.63 0.822 0.75 0.60 0.68 0.793 0.73 0.50 0.83 0.714 0.70 0.65 0.63 0.785 0.75 0.62 0.65 0.67
n 5.00 5.00 5.00 5.00MEDIA 0.73 0.60 0.68 0.75
MEDIANA 0.73 0.62 0.65 0.78
VARIANZA 0.0004119 0.0034188 0.0072375 0.0038813
DESVIACION ST. 0.020296 0.058470 0.085073 0.062300
Tc 13.649 12.926 13.044Grados de Libertad 8 8 8 8
PORCENTAJE 82.4% 93.9% 103.3%
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RESULTADO DE TRACCION INDIRECTA:
VARIABLES
TIPO DE FILLER
CAL
HIDRATADA
CEMENTO
PORTLAND
FILLER
SILICE
SIN
FILLER
TRACCION IND
1 0.72 0.63 0.63 0.82
2 0.75 0.60 0.68 0.79
3 0.73 0.50 0.83 0.71
4 0.70 0.65 0.63 0.78
5 0.75 0.62 0.65 0.67
N 5.00 5.00 5.00 5.00
MEDIA 0.73 0.60 0.68 0.75
MEDIANA 0.73 0.62 0.65 0.78
VARIANZA 0.0004119 0.0034188 0.0072375 0.0038813
DESVIACION ST. 0.020296 0.058470 0.085073 0.062300
Tc 13.649 12.926 13.044
Grados de Libertad 8 8 8 8
CUADRO 07-05
Nota: Los datos presentados en los cuadros, son los resultados obtenidos de los
ensayos, los cuales se presentan en los anexos “TRACCION INDIRECTA”
7.3.4 VARIABLE ADHERENCIA: G.L. : 4, de Libertad se tiene Tt = 2.776.
VARIABLESTIPO DE FILLER
CAL HIDRATADA
CEMENTO PORTLAND
FILLER SILICE
SIN FILLER
ADHERENCIA1 100.00 95.00 98.00 95.002 100.00 96.00 99.00 94.003 99.00 96.00 99.00 93.00
N 3.00 3.00 3.00 3.00MEDIA 99.67 95.67 98.67 94.00
MEDIANA 100.00 96.00 99.00 94.00VARIANZA 0.33 0.33 0.33 1.00
DESVIACION ST. 0.58 0.58 0.58 1.00
Tc 6.447 1.612 7.815Grados de Libertad 4 4 4 4
CUADRO 07-06
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7.4 PRUEBA DE HIPOTESIS
La prueba de Hipotesis Consiste en determinar si existe o no incidencias la cual
consiste en verificar:
-Tt > Tc > Tt
Si se cumpla la regla entonces no Incide, pero si no se cumple, si incide dicha
propiedad en la mezcla asfáltica.
VARIABLES /
PRUEBASGrupo de Control Grupo Experimental
PRUEBA DE
HIPOTESIS
ESTABILIDAD
1 Cal Hidratada Cemento Portland Si existes incidencias
2 Cal Hidratada Filler Silice Si existes incidencias
3 Cal Hidratada Sin filler Si existes incidencias
FLUENCIA
1 Cal Hidratada Cemento Portland No existes incidencias
2 Cal Hidratada Filler Silice No existes incidencias
3 Cal Hidratada Sin filler Si existes incidencias
TRACCION IND
GCS
1 Cal Hidratada Cemento Portland Si existes incidencias
2 Cal Hidratada Filler Silice Si existes incidencias
3 Cal Hidratada Sin filler Si existes incidencias
ADHERENCIA
1 Cal Hidratada Cemento Portland Si existes incidencias
2 Cal Hidratada Filler Silice No existes incidencias
3 Cal Hidratada Sin filler Si existes incidencias
CUADRO 07-076.5 VALIDACION DE HIPOTESIS
Para determinar la Hipotesis se concuerda:
-Tt > Tc > Tt
Si se cumpla dicha regla, según el método de la T de student’s no existe Incidencias
entre los grupos de control y grupo experimental, Lo que con lleva a que la variación
de un tipo de filler por otro no incide en la mezcla asfáltica en una propiedad
especifica. Pero si no se cumple dicha regla quiere decir que los cambios o
variaciones de comparaciones entre el filler de control “Cal hidratada” y el grupo
experimental si incide en una propiedad espefica verificada.
PROCEDIMIENTO:
Para la verificacion de la Hipotesis estabilidad 1 : Cal hidrata (Grupo control) vs
Cemento Portland ( Grupo experimental)
T =- 2.447 > tC=−84.359 > Tt = 2.447
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HO = El cambio de la cal hidratada por el cemento portland no influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
H1 = El cambio de la cal hidratada por el cemento portland influye
significativamente en la mezcla asfáltica en caliente.
Donde: Ho: Hipótesis nula
H1: Hipótesis alterna
Como se cumple la regla entonces se rechaza la hipótesis Nula y se acepta la
Hipotesis H1 ( Hipotesis Alterna)
VARIABLES / PRUEBAS
Grupo de Control
Grupo Experimental
PRUEBA DE HIPOTESIS
NUMERO DE
HIPOTESIS
ESTABILIDAD
1Cal Hidratada
Cemento Portland
Se acepta la Hipotesis H1
LA 1° HIPOTESIS
2Cal Hidratada Filler Silice
Se acepta la Hipotesis H1
LA 2° HIPOTESIS
3Cal Hidratada Sin filler
Se acepta la Hipotesis H1
LA 3° HIPOTESIS
FLUENCIA
1Cal Hidratada
Cemento Portland
Se acepta la Hipotesis Ho
LA 1° HIPOTESIS
2Cal Hidratada Filler Silice
Se acepta la Hipotesis Ho
LA 2° HIPOTESIS
3Cal Hidratada Sin filler
Se acepta la Hipotesis H1
LA 3° HIPOTESIS
TRACCION IND GCS
1Cal Hidratada
Cemento Portland
Se acepta la Hipotesis H1
LA 1° HIPOTESIS
2Cal Hidratada Filler Silice
Se acepta la Hipotesis H1
LA 2° HIPOTESIS
3Cal Hidratada Sin filler
Se acepta la Hipotesis H1
LA 3° HIPOTESIS
ADHERENCIA
1Cal Hidratada
Cemento Portland
Se acepta la Hipotesis H1
LA 1° HIPOTESIS
2Cal Hidratada Filler Silice
Se acepta la Hipotesis Ho
LA 2° HIPOTESIS
3Cal Hidratada Sin filler
Se acepta la Hipotesis H1
LA 3° HIPOTESIS
CUADRO 07-08
Nota: Los datos presentados en los cuadros, son los resultados obtenidos de los
ensayos, los cuales se presentan en los anexos.
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7.6 RELACION ENTRE LOS RESULTADOS
Se muestra la variación porcentual entre el grupo de control y experimental, con
referencias a las medias de cada tipo de filler y cada variable a estudiar de la mezcla
asfáltica en caliente.
( Media del Grupo control) / Media grupo Experimental)
VARIABLESTIPO DE FILLER
CAL HIDRATADA CEMENTO PORTLAND FILLER SILICO S/FILLERESTABILIDAD 881.25 1168 1050.25 738
FLUENCIA 4.53 4.34 4.96 3.38TRACC. IND. GSC 6.1 7.35 6.87 5.06TRACC. IND. GSS 4.45 4.38 4.69 3.79
TRACCION GENERAL 73% 60% 68% 75%ADHERENCIA 99.67% 95.67% 98.67% 94.00%
RELACION ENTRE EL GRUPO DE CONTROL Y LOS GRUPOS EXPERIMENTALESVARIABLES CAL HIDRATADA CEMENTO PORTLAND FILLER SILICO S/FILLER
ESTABILIDAD 100% 133% 119% 84%FLUENCIA 100% 95% 110% 75%
TRACC. IND. GSC 100% 120% 113% 83%TRACC. IND. GSS 100% 98% 105% 85%
TRACCION GENERAL 100% 82% 94% 103%ADHERENCIA 100% 96% 99% 94%
CUADRO 07-09
ESTABILIDAD
FLUENCIA
TRACC. IND. G
SC
TRACC. IND. G
SS
TRACCION GENERAL
ADHERENCIA0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%CAL HIDRATADA CEMENTO PORTLAND FILLER SILICOSIN FILLER
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DISTRIBUCION T DE STUDENT
CUADRO 06-10
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CAPITULO VIII
CONCLUSIONES Y
SUGERENCIAS
CAPITULO VIII: CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
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8.1 CONCLUSIONES
Los diferentes tipos de filler Inciden directamente en las diferentes propiedades
y diseños de una mezcla asfáltica, es así que cada filler mejora cierta
propiedad y puede perjudicar o empeorar otra propiedad, es así que se tendrá
diferentes maneras para mejorar ciertas condiciones y propiedades de mezcla,
sin la necesidad de cambiar las proporciones de los agregados o el porcentaje
de asfalto. Dando así unas mayores alternativas de solución, y elimando ciertas
limitaciones que se tenía en un diseño convencional, que el factor de variable
era el cemento asfaltico, ahora quitando esta restricción con los tipos de filler.
(Ver Cuadro 07-07,07-08 y 07-09)
La Cal Hidratada es un material que a comparación de las demás filler tiene
mayor Incidencia en la tracción Indirecta y la Adherencia. Pero brinda menor
estabilidad a comparación de los demás filler. (Ver Cuadro 06-07,06-08 y 06-09)
El cemento Portland Incide directamente en las propiedades de la mezcla
asfáltica, excepto en la propiedad de “Fluencia”, Presenta mayor estabilidad
que todos los demás tipos de filler, lo cual sería una condición favorable para
traficos pesados, pero tiene un valor más bajo en la tracción Indirecta y en
Adherencia, Alta resistencia a la Tracción Indirecta en condiciones secas pero
cae bruscamente en condiciones de saturación lo cual ocasiona que se
encuentre por debajo de los demás. (Ver Cuadro 07-07,07-08 y 07-09)
El Filler Sílice Incide Directamente en la Estabilidad, Adherencia y Traccion
Indirecta, presenta mayor fluencia Marshall, Su estabilidad es la segunda
mayor de los demás filler, en adherencia y tracción Indirecta tiene un
desempeño alto y casi similar al de la cal hidrata. (Ver Cuadro 07-07,07-08 y
07-09)
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“INCIDENCIAS DE LAS VARIACIONES DEL TIPO DE FILLER EN EL DISEÑO DE LAS MEZCLAS ASFALTICASEN CALIENTE PARA LA CARRETERA MUÑANI - SAYTOCOCHA; SECTOR II: KM 14+700 AL KM 30+000 -2012”
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Se aplico una Variable de Estudio como es el caso de Una mezcla asfáltica sin
filler para lo cual mediante la prueba de hipótesis se determino que si Incide
directamente en la mezcla asfaltica, para ver los efectos del sobre una mezcla
asfáltica netamente, se obtuvo una disminución en un 16 % aprox. En su
estabilidad, su fluencia se ve afectada en un 25 %, su tracción indirecta Varia
en un 17% aprox en condiciones secas, en condiciones saturadas disminuyo
en un 15%. Pero en el global del ensayo de tracción indirecta tiene un
incremento en 3% en el global da una falsa sensación de ser mejor que los
demás tipos de filler, pero es debido a los bajos valores alcanzados por estos,
Y en adherencia se aprecia desprendimiento de la capa de asfalto del
agregado en una 6% del mismo. (Ver Cuadro 07-07,07-08 y 07-09)
La evaluación del tramo I : Azángaro – Muñani, mediante las pruebas practicas
a esta via, como fueron una Inspección Visual, Viga Benckelman y Lavado
Asfaltico a dicha carpeta asfáltica, Se aprecia que la vía sufre problema de
Perdida de finos, cohesión y adherencia lo que origino que los espesores de
carpeta asfáltica se vean disminuido significativamente. Se concluye que los
defectos tienen mayor incidencia por problemas en el diseño de mezclas y asi
como parámetros de control, ya que se verifico que no tienen un minimo de
RC-250, Los agregados cumplen con la granulometría pero no con las chatas y
alargadas, Caras fracturadas, la Arena tiene un bajo equivalente de Arena y
mediante procedimientos empíricos se concluye que no contiene Un aditivo
mejorador de Adherencia. (Ver capítulo IV)
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8.2 SUGERENCIAS
Se Sugiere que las diferentes propiedades de cada tipo de filler se deberán
considerar en función a la región climatica y/o lugar donde se construirán una
carretera, los diseños efectuados demostraron que cada tipo de filler, bonifica
y mejora Propiedades de la mezcla asfáltica , pero al mismo tiempo podría
mejorar otra, como también podría empeorarla, es asi que se la elección del
filler tendrá que estar ligada a la propiedad especifica a mejorar como son La
estabilidad, Fluencia, Adherencia, Traccion Indirecta.
La cal hidrata su uso se recomienda para zonas donde las variables como la
adherencia y % de vacios sea una prioridad, como es el caso de las zonas de
altitud superior a los 3000 msnm y regiones con gradiente térmico alto.
El cemento Portland es un filler cuya propiedad principal es la de mejorar la
Estabilidad de la mezcla asfáltica, pero tiene una gran deficiencia en mezclas
asfálticas abiertas en las cuales su % de vacios es superior a 4% en las cuales
como se vio en los ensayos de Traccion Indirecta Seca y saturada, el efecto
que tiene el Agua sobre esta es muy desfavorable.
El filler Sílice es un material Nuevo que esta apareciendo en el mercado, Como
se vio muestra Condiciones muy similares a la de cal Hidrata en varios
Indicadores. Salvo en las propiedades de Tracción indirecta y Adherencia
donde los porcentajes de variación con respecto a la cal hidratada las
diferencias son muy bajas.
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CAPITULO IX
GLOSARIO Y BIBLIOGRAFIA
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GLOSARIO
AGLOMERANTE:
Son materiales capaces de unir fragmentos de una o varias sustancias y dar
cohesión al conjunto por métodos exclusivamente físicos.
ADHESIVO:
Es una sustancia que puede mantener unidos a dos o más cuerpos por
contacto superficial. Es sinónimo de pegamento.
ASFALTO:
Es un material viscoso, pegajoso y de color negro, usado como aglomerante en
mezclas asfálticas para la construcción de carreteras.
ASFALTO REFINADO:
Producto con más utilidad obtenida de la refinería
BETÚN:
Es la fracción residual resultante de la destilación fraccionada del petróleo y no
debe ser confundido con el asfalto.
CANTERA:
Es el lugar donde la roca se separa de sus lechos naturales y se prepara para
su utilización en la industria de la construcción.
CEMENTO ASFALTICO:
Son asfaltos refinados de consistencia apropiada para trabajos de
pavimentación.
CONCRETO ASFÁLTICO
Una mezcla en caliente, muy bien controlada de cemento asfaltico de alta
calidad y agregado bien graduado (también de alta calidad).
DURABILIDAD:
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Capacidad para resistir factores como desintegración de bios en las
propiedades del asfalto a consecuencia de transito y clima.
ESTABILIDAD:
Capacidad de un pavimento para resistir, los esfuerzos inducidos por el transito
que producen las deformaciones.
LIGANTE:
Compuesto adhesivo que ligan y mantienen unidos dos elementos
PARAFINA:
Son cristales obtenidos por el enfriamiento a 0°C de aceites pesados
provenientes del petróleo
REOLOGÍA:
Se define como la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales
que son capaces de fluir.
RESISTENCIA A LA FATIGA:
Capacidad de soportar los esfuerzos provocados por el transito.
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BIBLIOGRAFIA
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adhesividad del mastico – Martin Sánchez – Universidad Politécnica De
Catalunya – 2007 –pag. 54.
2. Carreteras, calles y aeropistas – Raúl Valle Rodas – Universidad De Texas –
6ta edición – 2008 – pag.193
3. Cemento asfaltico for asfalto – Javier Del Ángel Trinidad – 2012 - pag. 13.
4. Mezclas asfálticas – Alejandro Padilla Rodríguez – 2012 – cap. 2 – pag. 05,
pag. 14, pag. 40.
5. XVI - Congreso Ibero Latinoamericano De Asfalto – Brasil – Metodología para
la Evaluación en a incorporación de adherencia en cemento asfaltico – Gerardo
Botasso – 2011.
6. Diseño de mezclas asfálticas en caliente nuevas tendencias – Marcos Vinicio
– Centro De Investigación Geotécnico – 2001.
7. Especiaciones técnicas generales para carreteras eg – 2000, Cap 4 suelos y
pavimentos – sección 4o0 y sección 410.
8. Análisis comparativo de los métodos Marshall Y Superpave – Paul Garnica
Anguas 2005 – pag. 14.
9. Manual de ensayo de materiales em – 2000, - SECCION 05 MEZCLAS
BITUMINOSAS – MTC E – 502 Y MTC E – 504.
10. Fallas en pavimentos asfalticos – ing. JAIME COTRADO.
11. Manual de ensayo de materiales em – 2000, - seccion 05 agregados – mtc e –
204, mtc e – 206, mtc e – 114, mtc e – 210, mtc e – 221
12. Manual de ensayo de materiales EM – 2000 - Seccion 10 Miscelaneos – mtc e
– 1002.
13. Metodología de la investigación – Roberto Hernadez Sampieri – Tercera
Edición – editorial MC GRAW – 2003 – pag. 299
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14. Estadísticas estadísticas para administración y economía – Robert Mason Y
Douglas - Editorial Titikaka – puno 2004 – pag. 40
15. Pavimentos flexibles – Nestor Huaman Guerrero – U.N.I. – Lima
16. Manual de laboratorio ensayos para pavimentos - ing. Silene Minaya Gonzalez
– U.N.I. – Lima 2001.
17. Propuesta de diseño del diseño de mezclas asfalticas en frio por el metodo
marshall para mantenimiento vial – Tesis Para Optar El Titulo De Ingeniero
Civil – Renzo Fernando Romero Guerra – U.N.A. – Puno 2005.
18. Tecnología del Asfalto y practicas de construcción – Comisión Permanete Del
Asfalto, Republica Argentina – 2da Edicion – Buenos Aires, Argentina - 2001
19. Diseño de mezclas asfaltica en caliente - Carretera Interoceanica Sur Tramo Iv-
Intesur – San Gaban 2010.
20. WWW.WIKIPEDIA.COM
21. WWW.MONOGRAFIAS.COM
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CAPITULO IX
ANEXOS
ANEXOS (CERTIFICADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO,
EVALUACION DEL TRAMO - I, PANEL FOTOGRAFICO Y OTROS).
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